Puissance éolienne
Définition : Indice nominal de rendement énergétique (EEDI)
Cet indice est un mécanisme fixant des objectifs d'efficacité énergétique tout en laissant aux architectes le choix des moyens pour les atteindre.
Dans le cadre de la propulsion par le vent, une formule permet de définir, grâce à une étude statistique des vents et du fonctionnement du système considéré, une puissance éolienne probable qui viendrait se substituer à celle fournie par la propulsion mécanique.
Méthode : Calcul de puissance éolienne
Si l'on se base sur la méthode de calcul de l'EEDI, il est possible d'écrire que :
\(P_{eolien}=\frac{V_{ref}}{\eta}\cdot \sum_{i=1}^{n} F(Vref)_i\cdot W_i\) (1)
Avec :
\(V_{ref}\) la vitesse de référence[1] du navire
\(\eta\) le rendement du moteur de propulsion principal (par défaut égal à 0,7)
\(F(Vref)\) la composante propulsive de la force aérodynamique développée par le système éolien à la vitesse de référence en fonction de la matrice de force qui lui est spécifique
\(W\) la probabilité qu'une condition de vent donnée soit expérimentée par le système le long d'une route donnée
Matrice de force du système éolien
La matrice de force du système éolien est la représentation sous la forme d'un tableau de la force développée par le système dans une condition de vent donnée.
Les angles correspondent au gisement du vent vrai (TWA).
Exemple : Lecture de la matrice de force du système éolien
Prenons le cas d'un navire qui fait route à 3,8 m/s (soit approximativement 7,5noeuds).
Si l'on considère un vent réel de 3,00 m/s avec un gisement de 50°,la composante propulsive de la force générée par le système sera de 7,5 N/m2.
Remarque : Données négatives ?
On peut remarquer que les données surlignées en rouge correspondent à des valeurs négatives, c'est à dire des conditions de fonctionnement au cours desquelles le système éolien tend à faire reculer le navire.
Fondamental : Matrice de force= système éolien
Cette matrice est bien propre à un système éolien sur un navire donné. Elle doit donc être établie par des mesures in-situ ou par modélisation.
Remarque : Force propulsive effective
Cette matrice doit inclure les résistances induites par la composante latérale de la force aérodynamique (résistance de gîte ainsi que celle induite par la dérive et l'angle de barre) afin d'avoir la force propulsive effective.
Matrice de vent standard
De manière à pouvoir comparer l'efficience de différents systèmes éoliens dans des conditions de vent normalisées, l'OMI a défini des vents moyens pouvant être rencontrés sur des routes commerciales générales, en compilant de nombreuses données météorologiques (868 500 au total).
Une matrice de vent a donc pu être établie. Elle représente, sous forme d'un tableau, l'ensemble des données de vents moyennées sur des routes préétablies.
Le nombre contenu dans chaque cellule correspond à la probabilité de rencontrer un vent donné sur une route commerciale donnée.
Exemple : Lecture de la matrice vent
A titre d'exemple, on peut lire que le long de la route prédéfinie, il y a 0,15% de probabilité de rencontrer des vents inférieurs à 5m/s avec une orientation de 30° par rapport à l'axe du navire.
Remarque : Limitations des conditions
50% des conditions de vent les plus défavorables peuvent être supprimées de cette matrice aux fins du calcul de l'EEDI. Cela implique donc que la matrice peut être adaptée en fonction du système éolien considéré.
Force éolienne probable
En combinant la matrice de vent à celle du système éolien, on peut finalement estimer la force \(F(Vref)\) que fournira ce système dans des conditions environnementales probables.
Le nombre contenu dans chaque cellule correspond au produit de la probabilité de rencontrer un vent donné sur une route commerciale donnée par la force que développerait le système éolien dans ces conditions.
La somme de tous les éléments du tableau permet donc de définir une force éolienne probable, ici égale à 33 N/ m2 pour une vitesse de référence égale à 3,8 m/s.
Puissance éolienne probable= Force x Vref
La puissance probablement délivrée par le système éolien est égal au produit de la force \(F(Vref)\) par la vitesse de référence tel que :
\(P_{eolien}=F(Vref)\cdot V_{ref}\)
En comparant ce résultat à celui de la puissance totale nécessaire pour faire avancer le navire considéré à la vitesse de référence, il alors possible d'obtenir le taux d'hybridation probable.
Remarque : Augmenter Vref ?
A la lecture de la formule ci-dessus, on serait tenter d'augmenter la vitesse de référence afin d'accroître la puissance éolienne. Or, de manière générale, la force éolienne \(F(Vref)\) diminue lorsque la vitesse augmente.
Ainsi, la perte de puissance que cette augmentation de vitesse induit sur la force éolienne sera plus importante que le gain apporté par cette augmentation.
Fondamental : Vitesse de référence
La vitesse de déplacement du navire est un paramètre essentiel lorsque l'on souhaite optimiser la puissance propulsive développée par un système éolien.