Qu’est-ce que la courbe de puissance d’une éolienne ?
La production d’une éolienne dépend évidemment du vent, qui souffle plus fort au niveau de sa nacelle qu’au niveau du sol. Les éoliennes commencent à produire de l’électricité lorsque le vent à la nacelle dépasse 3 mètres par seconde (m/s), soit 11 km/h. La production d’électricité augmente très vite par rapport à la vitesse du vent. En fonction des modèles d’éolienne, la puissance nominale est atteinte pour un vent entre 36 et 47 km/h. A partir de cette vitesse et au-delà, l’éolienne produit à sa puissance maximum. En cas de tempête, le vent souffle trop fort et dépasse la « vitesse d’arrêt ». Dans cette configuration très rare, au cours de laquelle l’éolienne ne produit pas d’électricité, l’éolienne peut résister à des vents allant jusqu’à des tornades.
En résumé : La production d’une éolienne dépend évidemment du vent, qui souffle plus fort au niveau de sa nacelle qu’au niveau du sol. Les éoliennes commencent à produire de l’électricité lorsque le vent à la nacelle dépasse 3 mètres par seconde (m/s), soit 11 km/h. La production d’électricité augmente très vite par rapport à la vitesse du vent. En fonction des modèles d’éolienne, la puissance nominale est atteinte pour un vent entre 36 et 47 km/h. A partir de cette vitesse et au-delà, l’éolienne produit à sa puissance maximum. En cas de tempête, le vent souffle trop fort et dépasse la « vitesse d’arrêt ». Dans cette configuration très rare, au cours de laquelle l’éolienne ne produit pas d’électricité, l’éolienne peut résister à des vents allant jusqu’à des tornades.
Quand le vent est trop faible le rotor ne reçoit pas assez d’énergie cinétique et l’éolienne ne tourne pas. En l’absence de vent ou pour un vent très faible la production électrique est donc nulle. Les éoliennes commencent à produire au-dessus de leur vitesse de démarrage, généralement à 3 m/s (mètres par seconde) de vent, soit 11 km/h, l’équivalent d’une petite brise sur l’échelle de Beaufort.
La vitesse de vent qu’il faut prendre en compte pour les éoliennes est celle qui est mesurée au niveau de la nacelle, l’axe du moyeu (c’est-à-dire au centre des pales) et non la vitesse au sol. Le vent étant plus fort quand on prend de la hauteur, un vent ressenti comme nul ou très faible au sol est déjà modéré à hauteur de moyeu. A titre d’illustration, la différence entre le vent au sol et celui au moyeu est d’un à trois échelons sur l’échelle de Beaufort. (Voir taille et puissance des éoliennes)
En dessous de sa vitesse de démarrage, l’éolienne ne produit pas d’électricité, bien que le rotor puisse être légèrement en mouvement sans entrainer la génératrice et donc sans produire de l’électricité. Cette rotation induite par un vent très faible permettra ensuite à l’éolienne de produire dès que la vitesse de démarrage sera atteinte.
Contrairement aux idées reçues, les éoliennes ne consomment donc jamais d’électricité pour entrainer la rotation des pales. Si l’éolienne tourne, c’est uniquement grâce à l’énergie cinétique du vent reçue par le profil aérodynamique des pales. Toutefois l’éolienne consomme, même quand elle ne tourne pas, une très faible quantité d’électricité pour sa consommation interne (systèmes informatiques, balisage lumineux, etc.), à hauteur d’environ 1 % de sa production moyenne annuelle. (Voir consommation électrique interne de l’éolienne)
L’énergie du vent étant fonction du cube de sa vitesse, l’énergie produite par l’éolienne augmente donc rapidement selon la vitesse du vent. L’éolienne atteint sa puissance nominale (le maximum qu’elle puisse produire) pour sa vitesse nominale de vent. Cette vitesse se situe selon les modèles entre 10 et 13 m/s (soit 36 à 47 km/h). A partir de cette vitesse et au-delà, l’éolienne produit à la puissance maximum de sa génératrice (jusqu’à la vitesse d’arrêt).
Chaque éolienne est adaptée au site d’implantation. Les sites bien ventés sont équipés d’éoliennes plus robustes qui démarrent avec des vitesses de vent un peu plus élevées (ce sont des éoliennes de classe IEC : A ou B). A l’inverse, les sites moyennement ou faiblement ventés sont équipés d’éoliennes dont le rotor est plus grand et qui démarrent avec des vents plus faibles (Classe IEC : C ou S).
Les éoliennes sont prévues pour fonctionner jusqu’à une vitesse maximum de vent. Si le vent dépasse cette limite, elles ne peuvent plus produire d’électricité en toute sécurité et sans provoquer une usure accélérée des composants. Cette vitesse maximum dite vitesse d’arrêt dépend de la catégorie (IEC) et du modèle. La vitesse d’arrêt se situe aux alentours de 22 à 30 m/s (79 à 108 km/h) soit « tempête » sur l’échelle de Beaufort.
Lorsque le vent dépasse cette vitesse d’arrêt, l’éolienne positionne automatiquement son rotor face au vent et ses pales « en drapeau ». Les freins sont serrés. Dans cette configuration très rare, qui ne produit pas d’électricité, l’éolienne peut résister à des vents allant jusqu’à des tornades par exemple, de 52 à 66 m/s (187 à 238 km/h). Cette vitesse de survie est celle pour laquelle l’éolienne est prévue de résister dans les pires conditions.
Par exemple, pour l’éolienne Vestas V110 de 2 MW de puissance nominale (une éolienne classiquement installée en France), la courbe de puissance de ce modèle est la suivante :
La production démarre à la vitesse de démarrage soit 3 mètres/seconde (m/s) de vent mais pour seulement 40 kW de puissance. Dès 6 m/s de vent, la puissance produite est de 574 kW et à 10,5 m/s de vent la puissance nominale est atteinte soit 2 000 kW (2 MW). Au-delà de 10,5 m/s, la puissance est automatiquement bridée à son maximum en modifiant l’orientation des pales pour conserver cette puissance nominale. A partir de 19,5 m/s, la puissance produite diminue pour protéger l’éolienne contre ces vents importants et à 22 m/s, la vitesse d’arrêt est atteinte, l’éolienne se met en sécurité et s’arrête. La vitesse de survie de l’éolienne, pour une rafale de 3 secondes, est de 52,5 m/s soit 189 km/h.