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10 mai 2014 6 10 /05 /mai /2014 20:56

Données récupérées en glanant sur le web:

l'arbre de 8m donnerait une puissance de 2,5kW à vitesse nominale = 11,3m/s  

l'arbre de 12m donnerait une puissance de 3,5kW à vitesse nominale = 11,4m/s 

Chaque arbre comprend 72/96 feuilles ou petites éoliennes à axe vertical.

Chaque feuille mesure 55cm de hauteur et environ 16cm de largeur (AeroLeaf)

La partie mobile du générateur est très légère pour permettre le démarrage à faible vitesse de vent (2m/s).

L'arbre tournerait 200 à 280j/an à vitesse nominale.

 

Calcul de la puissance maximum de l'éolienne selon la formule de Betz:

Pmax = 8/27 x R x S x V3

R = 1,23 kg/m3 d'air sec

 

Pmax = 0,36 x S x V3

Chaque feuille a une hauteur de 50cm utiles et de 16 cm de largeur

Soit une surface de 0,5 x 0,16 = 0,08 m2

La surface équivalente du petit arbre est de 0,08 x 72 = 5,7 m2

Diamètre équivalent: 2,69 m

La surface équivalente du petit arbre est de 0,08 x 96 = 7,7 m2

Diamètre équivalent: 3,13 m

 

Avec un vent de 2m/s, P/feuille vaut 0,30 x 0,08 x 8 = 0,192 W

L'arbre à 72 feuilles a une puissance mini de 13,8 W

L'arbre à 96 feuilles a une puissance mini de 18,4 W

Supposons qu'à cette vitesse la feuille tourne 280j/an soit 6720 heures/an

L'énergie minimum récupérable en kWh est donc:

pour le petit arbre, 13,8 x 6,72 = 92,7 kWh 

pour le grand arbre, 18,8 x 6,72 = 123,7 kWh 

On récupère très peu d'énergie à faible vitesse, mais on récupère de l'ordre de 100 kWh/an

Avec un vent de 5m/s, P vaut 0,3 x 0,08 x 125 = 3 W

L'arbre à 72 feuilles a une puissance mini de 216 W

L'arbre à 96 feuilles a une puissance mini de 288 W

Supposons qu'à cette vitesse la feuille tourne 200j/an soit 4800 heures/an.

L'énergie minimum récupérable en kWh est donc:

pour le petit arbre, 216 x 4,8 = 1036,8 kWh 

pour le grand arbre, 288 x 4,8 = 1382,4 kWh

 

Pour obtenir 2,5 kW pour le petit arbre, il faut un vent de : 

racine cubique (2500 / (0,3 x 0,08 x 72)) = 11,3 m/s soit 40,6 km/h

Cette force de vent n'est pas obtenue durant 280j/an; au mieux 100j/an soit 2400 heures

L'énergie annuelle récupérable par le petit arbre est au mieux:

2,5 x 2400 = 6000 kWh.

 

En pratique, le facteur de capacité d'une éolienne est le rapport entre:

 L'énergie annuelle réellement produite par l'énergie qu'elle produirait en tournant à puissance nominale durant 8760 heures. ce ratio varie de 25 à 30% max.

 Ici: 2,5 x 8760 = 21900 kWh

 Avec un ratio de 25% cela donne 21900 *0,27 = 5913 kWh

 

Il y a une petite erreur dans les ratios entre petit et grand arbre, car 72/96 = 0,71 alors que 2,5/3,5 = 0,75, mais on peut supposer que le grand arbre est meilleur en rendement car plus haut. Le calcul selon la formule de Betz, ci-dessus, fait abstraction des pertes dues à la forme des pales, au rendement du générateur, au rendement des convertisseurs et/ou onduleurs, ...

Attention: il n'est pas évident du tout d'obtenir un vent nominal de 11,3m/s sur les implantations en agglomération ! Et du coup, la rentabilisation en est encore plus délicate !

 

Sachant qu'un petit arbre coûterait environ 20.000 euros et que le kWh électrique éolien peut être acheté 0,083 euro, on récupère au mieux,chaque année: 0,083 x 6000 = 498 euros

A ce jour, le retour sur investissement (ROI), si bon vent, est de 20.000 / 498 = 40 ans

En supposant que le prix d'achat du kWh électrique éolien augmente rapidement de 200% du fait de la rareté des énergies fossiles ou fissiles, le ROI est encore de 10 ans.

 

Conclusions:

L'arbre à vent est plutôt beau et décoratif,

Le remplacement d'une grande éolienne par près d'une centaine de petites, permet de  placer celles-ci au plus haut de l'arbre et ainsi d'obtenir un meilleur rendement au vent.

L'arbre à vent est une bonne approche de l'indépendance énergétique.

L'arbre a vent tourne plus longtemps (à vitesse faible) qu'une éolienne classique,

Mais comme aux faibles vitesses, l'énergie récupérée est faible, l'arbre à vent n'est pas une bonne affaire aujourd'hui mais peut le devenir demain !

L'arbre à vent peut être intéressant en autoconsommation bien qu'il en fasse au moins deux dans la plupart des cas de familles énergivores actuelles et qu'il faut ajouter un coût de batteries important.

La présence d'aluminium et de PVC dans sa construction n'en fait pas un modèle écologique.

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Published by Christian de Lille - dans Les chroniques
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commentaires

Christian 19/04/2015 17:35

Oui, ça peut motiver et occuper des gens. Reste que l'énergie récupérée est très faible par rapport à l'investissement en matériaux. Il y a sans doute mieux à faire. Par exemple, faire un dispositif de récupération de chaleur solaire pour chauffer l'eau qui soit très bon marché.

michel 19/04/2015 15:30

Bien sûr. sauf si le gouvernement s’empare du dossier et considère cela comme une priorité nationale.
On pourrait alors envisager de créer cet arbre à très grande échelle et donner un statut particulier aux entreprises (nombreuses) qui pourraient fabriquer des morceaux de cet arbre. le coût de revient chuterai considérablement. Occuper des centaines de millier de chômeurs qui sont déjà rémunérés, qui ne demandent qu'à participer au projet le plus ambitieux du siècle dans la transition énergétique.
Bien énergiquement votre. Michel SCHEPENS Toulouse

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