Conversion de l’énergie éolienne

Comprendre la conversion de l’énergie éolienne

Dans le cadre d’un projet de transition énergétique, une commune souhaite évaluer l’impact d’installer une éolienne pour réduire son empreinte carbone. Vous êtes chargé(e) d’analyser la performance de cette éolienne et son utilité pour alimenter les foyers locaux. L’éolienne choisie a une puissance nominale de 3 MW (mégawatts) et une efficacité moyenne de 35% en conditions réelles (elle ne fonctionne pas toujours à pleine puissance en raison des variations du vent).

Questions :

Calcul de l’Énergie Produite :
- Calculez l’énergie totale produite par l’éolienne en une journée si elle fonctionne à sa puissance nominale pendant 24 heures.
- En considérant son efficacité moyenne de 35%, ajustez le calcul précédent pour estimer l’énergie réellement produite en une journée.
Conversion en kWh :
- Convertissez l’énergie produite en kilowatt-heures (kWh).
Impact Environnemental :
- Recherchez la quantité moyenne de CO2 émise par kWh pour la production d’électricité à partir de sources fossiles dans votre région ou pays.
- Estimez la quantité de CO2 économisée en une journée grâce à l’utilisation de l’éolienne plutôt que de sources fossiles.
Application Pratique :
- En supposant que la consommation moyenne d’électricité d’un foyer est de 10 kWh par jour, calculez combien de foyers pourraient être alimentés par l’énergie produite par cette éolienne en une journée.

Réflexion Supplémentaire :

Discutez des avantages et des inconvénients de l’utilisation de l’énergie éolienne par rapport à d’autres sources d’énergie renouvelables

Correction : conversion de l’énergie éolienne

1. Calcul de l’Énergie Produite

1.1. Énergie Théorique à Puissance Nominale (sans tenir compte de l’efficacité)

Une éolienne de puissance nominale \(P\) produira, si elle fonctionne 24 heures à cette puissance, une énergie totale donnée par :

\[ \text{Énergie} = P \times t \]

Formule :

\[ E_{\text{théorique}} = P \times t \]

Données :

Puissance nominale : \(P = 3\,\text{MW} = 3\,000\,000\,\text{W}\)
Temps de fonctionnement : \(t = 24\,\text{h}\) (On peut également exprimer en MWh directement, sachant que \(1\,\text{MW} \times 1\,\text{h} = 1\,\text{MWh}\).)

Calcul :

En MWh :

\[ E_{\text{théorique}} = 3\,\text{MW} \times 24\,\text{h} \] \[ E_{\text{théorique}} = 72\,\text{MWh} \]

Remarque : On peut aussi exprimer en joules (1 MWh = \(3.6 \times 10^9\,\text{J}\)), mais pour la suite, les unités MWh et kWh sont plus pratiques.

1.2. Énergie Réellement Produite en Tenant Compte de l’Efficacité

L’efficacité moyenne de l’éolienne est de 35 %, ce qui signifie que seule 35 % de l’énergie théorique est effectivement convertie en électricité.

Formule :

\[ E_{\text{réelle}} = E_{\text{théorique}} \times \eta \]

où \(\eta = 35\% = 0.35\).

Calcul :

\[ E_{\text{réelle}} = 72\,\text{MWh} \times 0.35 \] \[ E_{\text{réelle}} = 25.2\,\text{MWh} \]

2. Conversion en Kilowatt-heures (kWh)

Pour convertir des MWh en kWh, il faut se rappeler que :

\[ 1\,\text{MWh} = 1\,000\,\text{kWh} \]

Calcul :

\[ 25.2\,\text{MWh} = 25.2 \times 1\,000 = 25\,200\,\text{kWh} \]

3. Impact Environnemental : Économie de CO₂

3.1. Données de Référence:

La production d’électricité à partir de sources fossiles émet une quantité de CO₂ par kWh produite. Pour cet exemple, supposons une valeur moyenne de :

\[ \text{Facteur d’émission} = 0.5\,\frac{\text{kg CO}_2}{\text{kWh}} \]

(Cette valeur peut varier selon les pays et les technologies utilisées.)

3.2. Calcul du CO₂ Économisé

Formule :

\[ \text{CO}_2\,\text{économisé} = E_{\text{réelle}} \,(\text{en kWh}) \times \text{facteur d’émission} \]

Calcul :

\[ \text{CO}_2\,\text{économisé} = 25\,200\,\text{kWh} \times 0.5\,\frac{\text{kg CO}_2}{\text{kWh}} \] \[ \text{CO}_2\,\text{économisé} = 12\,600\,\text{kg CO}_2 \]

Interprétation :
En une journée, l’utilisation de cette éolienne permettrait d’éviter l’émission de 12 600 kg de CO₂, soit 12.6 tonnes de CO₂.

4. Application Pratique : Alimentation des Foyers

Si la consommation moyenne d’électricité d’un foyer est de 10 kWh par jour, on peut déterminer le nombre de foyers pouvant être alimentés par l’énergie produite.

Formule :

\[ \text{Nombre de foyers} = \frac{E_{\text{réelle}}\,(\text{en kWh})}{\text{Consommation par foyer (kWh/jour)}} \]

Données :

\(E_{\text{réelle}} = 25\,200\,\text{kWh}\)
Consommation par foyer = \(10\,\text{kWh/jour}\)

Calcul :

\[ \text{Nombre de foyers} = \frac{25\,200}{10} \] \[ \text{Nombre de foyers} = 2\,520\,\text{foyers} \]

5. Réflexion Supplémentaire : Avantages et Inconvénients de l’Énergie Éolienne

Avantages

Renouvelable et inépuisable : Le vent est une source d’énergie naturelle qui ne s’épuise pas et n’émet pas de gaz à effet de serre durant la production d’électricité.

Faible impact sur l’environnement opérationnel : En fonctionnement, une éolienne ne produit pas de pollution atmosphérique ni de déchets.

Réduction des émissions de CO₂ : Comme montré, l’utilisation d’éoliennes permet de compenser les émissions liées à la production d’électricité par des sources fossiles.

Contribution à la diversification du mix énergétique : L’énergie éolienne participe à la sécurité énergétique en diversifiant les sources d’électricité.

Inconvénients

Intermittence : Le vent est variable et ne permet pas une production constante d’électricité, nécessitant souvent des solutions de stockage ou des systèmes de secours.
Impact visuel et sur la faune : Les éoliennes peuvent être perçues comme des éléments perturbateurs du paysage et peuvent avoir un impact sur certaines espèces d’oiseaux et de chauves-souris.
Dépendance aux conditions géographiques : Leur rendement dépend fortement de la localisation (vitesse et régularité du vent), ce qui peut limiter leur efficacité dans certaines régions.
Investissements et coûts initiaux élevés : La construction et l’installation des éoliennes nécessitent des investissements importants et une planification technique et environnementale rigoureuse.

Conversion de l’énergie éolienne

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