Le développement des énergies renouvelables est crucial pour lutter contre le réchauffement climatique et préserver les ressources naturelles de notre planète. Les technologies de captage d'énergie éolienne et solaire sont en plein essor, ce qui entraîne une demande croissante d'éoliennes à axe vertical. Découvrons-les plus en détail.
Types d'éoliennes à axe vertical
Il existe 2 types de VAWT disponibles sur le marché : Éolienne Darrieus et éolienne Savonius.
Un type d'éolienne principalement utilisé à des fins résidentielles est un éolienne à axe verticalElle est dotée de deux ou trois pales et d'un arbre de rotor mobile verticalement. Dans une éolienne à axe vertical, le générateur est placé en bas et les pales sont disposées autour de l'arbre de la tour.
Ces turbines sont souvent installé sur les séparateurs d'autoroutes Les véhicules en mouvement font tourner les pales courbes de l'éolienne et produisent de l'électricité. L'éolienne exploite les différentes vitesses du vent de différentes manières, selon les besoins.
1. Éolienne Darrieus (Type ascenseur)
Cette éolienne tire son nom de Georges Darrieus, celui qui l'a inventé. Les éoliennes Darrieus ont pales longues et courbées reliées au haut et au bas de l'arbre du rotorÉgalement connu sous le nom de batteur à œufs, chaque extrémité de cette turbine est reliée à l'arbre du rotor.
Les éoliennes Darrieus tournent grâce à la portance générée par la force aérodynamique. Une aspiration est produite à l'avant de l'éolienne par le flux du vent, ce qui entraîne la rotation des pales en sens inverse.
2. Éolienne Savonius (Type glisser)
Cette turbine possède une surface solide de réception du vent et les pales sont enroulées autour de l'arbre vertical en raison de leur disposition en forme d'héliceLes turbines Savonius dépendent principalement du processus de résistance à l'écoulement pour activer les moteurs.
Ceci est nécessaire, outre la force dynamique du vent qui agit comme force active pour faire tourner les rotors. L'envers des pales subit simultanément une force de résistance aérodynamique. De ce fait, ces turbines tournent proportionnellement à la vitesse du vent.
Les deux éoliennes ont des formes d'ailes spécifiques qui réduisent la traînée subie. Une fois la révolution commencée, la vitesse de l'éolienne augmente également pour dépasser la vitesse du vent, pour de meilleures performances.
Principe de fonctionnement d'une éolienne à axe vertical
Jetons un œil aux composants des éoliennes à axe vertical.
- Boîte de vitesses – Il augmente la vitesse de rotation d'un arbre à basse vitesse pour le connecter à un arbre à grande vitesse, qui est connecté au générateur.
- Générateur – Il convertit l’énergie mécanique en énergie électrique dans l’éolienne.
- Batterie rechargeable – Il stocke la production d’électricité créée par le générateur.
- Circuit LDR – Il permet d'allumer et d'éteindre la lumière du système. Il est composé d'une résistance photo-dépendante (LDR), d'une batterie, d'une LED, d'un transistor et d'une résistance.
En savoir plus sur l' principe de base de la conversion de l'énergie éolienne.
Working : un espace de travail commun
Une éolienne à axe vertical est reliée à un réducteur à engrenages, directement relié à l'arbre du générateur électrique. Le vent fait tourner l'éolienne, générant ainsi de l'énergie mécanique.
Le réducteur optimise le régime de rotation de la turbine et transmet ces rotations au générateur sous forme d'énergie mécanique. Le générateur utilise cette énergie et la convertit en énergie électrique, qui est ensuite stockée dans les batteries. Cette énergie stockée est ensuite utilisée par un système d'éclairage automatisé.
Fonctionnement du circuit
L'émetteur du transistor est relié à la masse (GND) et le collecteur à la borne négative de la LED. Les bornes de la résistance sont directement connectées à la source de tension et la LDR à la borne négative. Une fois le circuit LDR relié directement à la batterie, il détecte la présence de lumière. La LED s'allume alors automatiquement dès que la quantité de lumière reçue (rayonnement solaire) diminue.
Applications des éoliennes à axe vertical
Voici une liste d’applications idéales de certains types d’éoliennes à axe vertical.
- Dans les petits projets éoliens et les installations éoliennes moins étendues
- En construction ou en utilisation dans des bâtiments résidentiels.
- Dans les zones où les conditions météorologiques ou éoliennes sont instables pour produire de l'électricité.
Avantages de l'éolienne à axe vertical
Les avantages de l’éolienne à axe vertical sont les suivants :
1. Rotor omnidirectionnel
Les pales du rotor de l'éolienne à axe vertical sont capables de capter le vent venant de n'importe quelle directionCes turbines peuvent ainsi produire de l'électricité dans des conditions météorologiques instables, comme des vents violents et turbulents. Elles sont également idéales pour les zones côtières et montagneuses.
2. Espacement plus rapproché
Chaque éolienne est espacée de 5 diamètres dans le sens du vent et d'environ 10 diamètres dans le sens de la descente. Cet espacement permet d'éviter les perturbations du flux d'air et de réduire les risques de ralentissement de la vitesse du vent entre les éoliennes. Un espacement plus serré permet d'obtenir des éoliennes à axe vertical. capturer efficacement plus d’énergie par mètre carré de terrain.
D’après une Recherche 2017 par Anna Craig, candidate au doctorat en génie mécanique de l'Université de Stanford, VAWT peut générer 10 fois plus d'énergie par unité de terre par rapport à un groupe de éoliennes à axe horizontal (largement espacés).
3. Vitesse du vent de départ inférieure
Turbines à axe vertical la vitesse du vent au départ est de 2 à 3 m/s, Ce qui leur permet de produire de l'électricité même avec un vent faible. Bien que leur rendement global soit plus faible lorsque le vent est faible, ces éoliennes ne sont pas inutiles dans des conditions de vent plus faibles, contrairement à leurs homologues.
4. Moins d'impact sur l'environnement
Les éoliennes à axe vertical sont plus petites que les turbines traditionnellesConstruites autour de l'arbre, les pales du rotor ne projettent pas d'ombres portées. Les oiseaux peuvent également facilement les voir, ce qui réduit les risques de victimesDe plus, les éoliennes à axe vertical fonctionnent avec le moins de bruit possible, ce qui signifie qu'elles ne provoquent pas de pollution sonore.
5. Facile à installer et à entretenir
En raison de leur petite taille, ces turbines sont facile à transporter, à installer et à entretenirUn seul gros camion peut facilement transporter une éolienne entière en un seul passage. Il n'est pas nécessaire de grimper à des hauteurs extrêmes pour la réparer. L'entretien des éoliennes à axe vertical est donc aisé.
6. Moins de restrictions d'installation
En raison de leur taille, les types d'éoliennes à axe vertical sont facilement admissible par rapport aux autres turbinesLes réglementations concernant la hauteur maximale de construction varient selon les régions. Les éoliennes verticales n'étant pas très hautes, leur construction est autorisée dans la plupart des États.
7. L'attrait esthétique
Les éoliennes verticales ont des conceptions géométriques modernes qui leur confèrent de meilleures performances et un attrait esthétique. l'apparence va bien avec les infrastructures voisines comme les campus scolaires/collégiaux, les parcs et autres bâtiments.
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Inconvénients de l'éolienne à axe vertical
Bien que bénéfiques dans de nombreux domaines, les éoliennes à axe vertical présentent des inconvénients qui limitent leurs performances. Découvrons-les.
1. Moins d'efficacité de rotation
En raison de leur conception de rotor, toutes les pales ne reçoivent pas le vent entrant simultanémentLes pales orientées face au vent tournent tandis que les autres le suivent, ce qui réduit l'efficacité de rotation. De plus, les éoliennes Savonius subissent une traînée plus importante en raison de la large surface de leurs pales.
2. Accès à une vitesse de vent plus faible
Les éoliennes à axe vertical sont installées au niveau du sol, elles ne peut pas exploiter les vitesses de vent plus élevées qui circulent à haute altitude. Cela limite le fonctionnement des turbines à des niveaux de vitesse du vent plus faibles.
3. Usure rapide des composants
Étant donné que les éoliennes verticales sont installées dans des zones peuplées au niveau du sol, elles sont confrontées à davantage de des problèmes tels que les vibrations et les turbulencesLes pales doivent supporter davantage de force, et les paliers entre le mât et le rotor subissent également une pression plus élevée. Cela entraîne parfois des fissures ou des courbures des pales.
4. Moins d'efficacité globale
Les éoliennes à axe vertical ont efficacité moindre par rapport aux éoliennes à axe horizontal (HAWT) en raison de leur conception et de leurs caractéristiques opérationnelles.
5. Mécanisme de démarrage manuel
Les éoliennes Darrieus sont dotées d'un mécanisme de démarrage manuel en raison de la conception de leurs ailes, qui ne génère pas un couple suffisant pour l'autorotation. Elles ne démarrent pas automatiquement comme les éoliennes Savonius et horizontales.
Les deux types d'éoliennes à axe vertical constituent donc une solution durable et simple pour produire de l'électricité sur les routes et les autoroutes. Cependant, leur conception et leur construction jouent à la fois en leur faveur et en leur défaveur. Elles restent néanmoins une meilleure option que les solutions à base de combustibles fossiles.
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