Quels sont les types courants d'éoliennes ?

Les éoliennes courantes se divisent principalement en deux catégories selon la direction de leur axe de rotation : les éoliennes à axe horizontal et les éoliennes à axe vertical. L’axe horizontal est actuellement le type d’éolienne le plus répandu. Voici leurs principales caractéristiques et classifications :

1、 Éolienne à axe horizontal (HAWT)
L'axe de rotation de l'éolienne est parallèle au sol et ses pales ressemblent à des hélices d'avion. Elle représente plus de 95 % de la capacité éolienne mondiale installée.

Principaux types :

1. type au vent

L'éolienne tourne devant la tour, face au vent, ce qui nécessite un système d'orientation pour contrer ce dernier.

Avantages : Réduction de l'effet d'ombre de la tour (interférence de la tour avec le flux d'air), rendement élevé.

Inconvénients : Il nécessite un dispositif de lacet et possède une structure complexe.

La grande majorité des éoliennes modernes de grande taille (plus de 1,5 MW) adoptent cette conception.

2. Type vent arrière

L'éolienne est située derrière la tour et peut s'orienter automatiquement vers le vent (sans avoir besoin d'un système d'orientation actif).

Inconvénient : L'effet d'ombre de la tour provoque des fluctuations de contrainte dans les pales, les rendant sujettes à la fatigue.

Moins fréquemment utilisé dans les éoliennes anciennes ou de petite taille.

2、 Éolienne à axe vertical (VAWT)
L'axe de rotation de l'éolienne est perpendiculaire au sol et peut capter le vent quelle que soit sa direction sans système d'orientation. Actuellement, elle est principalement utilisée pour la production d'électricité décentralisée à petite échelle ou dans des cas particuliers.

Principaux types :

Type Darrieus

Les pales sont incurvées (comme une forme en « Φ ») et tournent grâce à la portance aérodynamique.

Avantages : Vitesse et efficacité élevées.

Inconvénients : Ne peut pas démarrer seul, nécessite un équipement auxiliaire ; Les contraintes structurelles sont élevées, ce qui rend difficile la mise à l’échelle.

type Savonius

Les pales sont en forme de S et de tonneau, entraînées par la résistance du vent.

Avantages : Couple de démarrage élevé, démarrage facile par faible vent, structure simple.

Inconvénients : Faible rendement (moins de 15 %), couramment utilisé dans les anémomètres ou les petits appareils de charge.

En forme de H (lame droite Darius)

Utilisation d'une combinaison de lames droites et de tiges de support pour une fabrication simplifiée.

Ces dernières années, on a constaté un regain d'intérêt pour l'intégration au bâtiment ou les essais d'éoliennes flottantes en mer.

3. Classification par scénario d'application et échelle
Grande éolienne raccordée au réseau

La puissance est généralement ≥ 1 MW, avec un diamètre d'éolienne de 80 à 200 mètres, utilisée pour les parcs éoliens.

Le modèle dominant est l'hélice tripale à axe horizontal de type ascendant, dont la technologie est bien établie.

Éoliennes de petite et moyenne taille réparties

Puissance ≤ 100 kW, utilisée dans les zones rurales, les stations de base de communication, les fermes, etc.

Y compris les axes horizontaux ou verticaux (comme le type H, le type Savonius).

éolienne offshore

La plupart sont de grandes éoliennes à axe horizontal (5-15 MW ou plus) avec des structures de fondation spéciales (sur pieu unique, flottantes, etc.).

Une conception résistante à la corrosion et aux typhons est nécessaire, ce qui entraîne des coûts d'entretien élevés.

Ventilateur spécial

Type diffuseur amélioré : La structure en forme de hotte accélère le flux d’air et améliore l’efficacité, mais à un coût élevé.

Énergie éolienne en haute altitude : utilisation de cerfs-volants ou de ballons à hélium pour transporter des générateurs, au stade expérimental.

4. Tendances technologiques et conceptions émergentes
Échelle géante : La capacité unitaire des éoliennes offshore a atteint 15 à 18 MW, avec des pales de plus de 120 mètres de long.

Fondation flottante : adaptée à l'énergie éolienne en mer profonde, avec des éoliennes installées sur des plateformes flottantes.

Conception hybride à axe vertical : Combinant les avantages de la portance et de la traînée, elle améliore les performances et l'efficacité au démarrage.

Intelligence : Utilisation de capteurs et d'algorithmes d'IA pour optimiser les angles de lacet et de pale, en s'adaptant à des conditions de vent complexes.

5. Résumé et comparaison
1. Éolienne à axe horizontal tripale

Avantages : L'efficacité de conversion de l'énergie éolienne est la plus élevée (jusqu'à 50 % ou plus), la technologie est extrêmement mature, l'échelle et l'économie sont les meilleures, et elle représente actuellement le courant dominant absolu des projets éoliens à grande échelle.

Inconvénients : Il nécessite un système d'orientation précis pour s'aligner sur la direction du vent, avec un niveau sonore relativement élevé, des coûts de maintenance élevés (surtout pour les grandes unités) et des exigences techniques élevées.

Principales applications : parcs éoliens terrestres centralisés, parcs éoliens en mer (modèles de base actuels et futurs).

2. Éolienne à axe vertical - Type Dario

Avantages : Il peut capter le vent quelle que soit sa direction sans nécessiter de système d’orientation. Le générateur et les autres équipements peuvent être installés au sol pour faciliter la maintenance, et le niveau sonore en fonctionnement est relativement faible.

Inconvénients : Son rendement global est inférieur à celui d’un ventilateur à axe horizontal, et il ne peut généralement pas démarrer automatiquement. Plus sa taille augmente, plus les contraintes structurelles sont importantes, ce qui limite sa commercialisation.

Principales applications : production d'énergie distribuée à petite échelle, intégration de l'énergie éolienne dans les bâtiments, projets expérimentaux et environnements spéciaux.

3. Éolienne à axe vertical - type Savonius

Avantages : Couple de démarrage élevé, capable de démarrer même par faible vitesse de vent et en cas de flux turbulent, structure très simple et robuste, faibles coûts de fabrication et d'entretien.

Inconvénients : Le rendement de conversion de l'énergie éolienne est très faible (généralement inférieur à 20 %) et la vitesse est lente.

Principales applications : petits chargeurs, aides à la ventilation, instruments de mesure de la vitesse du vent et autres applications à faible consommation.

En résumé, l'éolienne tripale à axe horizontal domine le marché mondial de l'énergie éolienne grâce à son rendement élevé et à sa chaîne de production bien établie. Les éoliennes à axe vertical, notamment le modèle Dario, font l'objet de recherches et d'études continues pour des applications distribuées, miniaturisées et spécifiques, en raison de leurs avantages uniques, et constituent un complément important au développement diversifié de la technologie éolienne.