vitesse du vent

Comment calculer la vitesse du vent à la hauteur du moyeu du rotor

Comme j’ai négligé le sujet principal de mon blog – les énergies renouvelables – ces dernières semaines, je vais maintenant aborder une fois de plus une question du secteur de l’énergie éolienne – le calcul de la vitesse du vent en fonction de la hauteur.

Comme vous pouvez facilement l’imaginer, la vitesse moyenne du vent est l’un des facteurs décisifs dans la recherche d’emplacements appropriés pour les éoliennes.

Elle est généralement mesurée en “mètres par seconde” (m/s), bien que les “kilomètres par heure” (km/h) ne soient pas rares. Pour qu’une éolienne de taille moyenne soit rentable, la vitesse du vent à la hauteur du moyeu doit être d’environ 5 m/s.


Le moyeu d’une éolienne

La vitesse du vent est généralement mesurée à l’aide d’un anémomètre ou d’un anenomètre. On distingue les anémomètres à coupelle, les anémomètres à tube de Pitot et les anémomètres à fil chaud.

En outre, il existe des méthodes acoustiques (SODAR = Sound Detection and Ranging) et optiques (LIDAR = Light Detection and Ranging), qui sont techniquement beaucoup plus complexes, mais qui fournissent également des données de mesure plus précises.


Animation de l’anémomètre

Pour des raisons pratiques, la vitesse du vent est généralement mesurée à une hauteur de 10 m, c’est-à-dire en dessous de la hauteur typique du moyeu (~40 m – 60 m).

Pour déterminer la vitesse moyenne du vent à la hauteur du moyeu, une formule simple est utilisée, qui est basée sur ce qu’on appelle le “profil de la couche limite” ou “longueur de rugosité”.

L’idée sous-jacente est que la vitesse du vent près du sol diminue de plus en plus à cause du frottement, plus la “rugosité” du terrain, c’est-à-dire le nombre et la forme des obstacles faisant face au vent, est grande.

En fonction de cette rugosité, un profil de couche limite logarithmique spécifique peut être calculé pour chaque terrain.

La longueur de rugosité z0 est utilisée comme variable mesurée, qui indique à quelle hauteur au-dessus du sol la vitesse du vent est réduite à zéro par les obstacles (c’est-à-dire la rugosité). Plus la longueur de la rugosité est grande, plus le vent est ralenti.

 

Hauteur et vent

Pour déterminer la longueur de rugosité, deux vitesses de vent mesurées v1 et v2 à des hauteurs h1 et h2 et l’épaisseur de la couche limite d sont nécessaires :


Il existe des estimations de la longueur de rugosité selon Davenport pour différentes classes de terrain.

Par exemple, la longueur de rugosité en haute mer est de 0,0002 m, c’est-à-dire que le vent souffle jusqu’à la surface de l’eau. Dans un parc avec des buissons et des petits arbres, la longueur de rugosité est déjà de 0,5 m, c’est-à-dire que les obstacles ralentissent tellement le vent que la vitesse du vent est déjà à un demi-mètre au-dessus du sol à zéro.

Des valeurs maximales de plusieurs mètres sont atteintes dans les forêts ou les villes.