Les systèmes d'énergie éolienne utilisent l'énergie du vent soit directement (par exemple,pour activer mécaniquement un mécanisme de pompage) soit indirectement (par exemple,pour créer de l'électricité qui peut être utilisée ou stockée). S'il n'est pas déjà présent, ce système n'est pas bien adapté à la phase de réponse aiguë, mais peut être une option appropriée pour une énergie plus durable à plus long terme.

L'énergie éolienne peut réduire les coûts de fonctionnement d'un système d'eau. Dans un système simple typique, le vent fait tourner une turbine, souvent montée sur une tour, pour remonter l'eau. Il peut s'agir d'un simple système permettant de remonter les eaux superficielles sur de courtes distances pour l'irrigation, bien qu'il s'agisse le plus souvent de remonter les eaux souterraines à la surface via un mécanisme de pompage.

Considérations sur la conception

Les systèmes de pompes éoliennes mécaniques (directs) fonctionnent en connectant physiquement une éolienne à pales directement à un système de pompage mécanique (généralement une pompe volumétrique, (voir A.2 , A.4 ). Cependant, avec ce système, le forage doit être dans un endroit idéal pour tirer parti de la vitesse du vent et il peut être difficile de faire correspondre les caractéristiques de puissance de la turbine avec le type de pompe, ce qui signifie que la puissance n'est pas transférée efficacement pour toutes les vitesses de vent.

Les systèmes de pompes éoliennes électriques (indirects) qui créent de l'énergie à stocker sont plus efficaces, utilisant soit des pompes à courant continu (CC) soit des pompes centrifuges électriques triphasées standard à courant alternatif (CA). Les pompes à courant alternatif peuvent fonctionner directement en utilisant l'énergie générée par un générateur à aimant permanent connecté directement au moteur de la pompe. Le fonctionnement est possible car les pompes standards peuvent fonctionner à des vitesses variables si la tension et la fréquence d'alimentation varient également, ce qui est le cas ici. Avec ce système, la correspondance plus efficace des besoins en puissance est avantageuse (où la turbine et les roues de la pompe ont des taux d'augmentation de vitesse de rotation similaires), tout comme la possibilité de déporter la pompe de la turbine. Cependant, une pompe déportée peut souffrir de chutes de tension sur de plus grandes longueurs de câblage électrique, bien que si la turbine reçoit des vitesses de vent plus élevées à la position déportée, la puissance supplémentaire peut compenser les pertes de câble pour un bilan énergétique globalement favorable.

Certaines considérations de conception s'appliquent aux systèmes mécaniques et électriques. L'eau est utilisée comme réserve d'énergie où davantage d'eau est pompée les jours les plus venteux, et qui peut ensuite être libérée dans le système par gravité les jours où le vent tombe et le pompage est moins productif. Pour que cela fonctionne, un réservoir de stockage doit avoir la capacité de contenir au moins trois jours de demande. Comme mode de veille pour les jours de vent faible, les puits peuvent également être équipés d'une pompe à main (voir S.8 ). Le débit maximum pendant les conditions de vent de pointe doit être compatible avec la conception du forage, où la vitesse à travers les écrans ne doit pas dépasser 0,03 m/s et où le rabattement des eaux souterraines reste durable (voir I.8 ). À mesure que la vitesse du vent augmente avec la hauteur au-dessus de la surface du sol, les turbines sont installées sur des tours. La hauteur et l'emplacement exacts de la tour doivent garantir que la turbine ne soit pas obstruée, c'est-à-dire qu’elle soit placée de façon que le rotor se trouve au moins dix mètres au-dessus et à 100 mètres des arbres et bâtiments environnants. Pour éviter les dommages dus à une rotation excessive dans des vents supérieurs à 13 m/s, les turbines doivent être équipées d'un mécanisme automatique qui met les pales en drapeau (les détourne du vent) grâce à diverses mesures de conception actives ou passives. Une commande manuelle doit également être incluse.

En plus du pompage de l'eau, l'énergie éolienne peut être utilisée pour produire de l'électricité pour d'autres processus (par exemple, certains systèmes de traitement de l'eau) ou pour alimenter le réseau. L'énergie peut être stockée à l'aide de batteries (par exemple, dans les systèmes hybrides qui utilisent également l'énergie solaire), bien qu'en raison du coût, de la courte durée de vie et des pertes d'énergie inhérentes qui se produisent pendant le stockage des batteries, il est généralement préférable d'éviter les batteries par l'intermédiaire d’un système de pompage bien conçu avec un stockage adéquat.

Matériaux

Les matériaux nécessaires comprennent la turbine, une tour de support, un mécanisme de pompage (qui peut varier), un stockage d'eau suffisant pour faire face aux fluctuations du vent et, lorsqu'elles ne peuvent être évitées, des batteries.

Applicabilité

Pour que le vent soit une source d'énergie viable, l'emplacement doit avoir suffisamment de vent. Une évaluation du vent est donc nécessaire, mais il faut être prudent dans l'interprétation des données locales, qui peuvent souvent être sous-estimées, notamment si les stations météorologiques sont mal entretenues, comme c'est souvent le cas. Le type de pompage et les conditions de vent doivent être soigneusement adaptés. Pour les pompes mécaniques optimisées pour les faibles vitesses de vent et qui fournissent de l'eau la plupart des jours, la vitesse moyenne minimale du vent requise est de 2,5 m/s, tandis que les pompes centrifuges électriques (voir A.8 ) nécessitent une moyenne d'au moins 4 m/s. Compte tenu de cette variabilité et de la nécessité d'une conception soignée, l'énergie éolienne n'est pas bien adaptée à la phase de réponse aiguë à moins que les pompes éoliennes existantes ne soient fonctionnelles. L'énergie éolienne est généralement plus adaptée aux phases de stabilisation et de relèvement à moyen et long terme.

Fonctionnement et entretien

Les éoliennes peuvent fonctionner pendant de longues périodes avec peu d'entretien si la configuration initiale garantit une bonne lubrification des engrenages et des mécanismes d'entraînement, et si les aubes et les pales sont protégées contre la corrosion. Les aubes de turbine et les roulements doivent être vérifiés et remplacés au maximum tous les 10 ans, ce qui devrait durer plus longtemps que la plupart des situations d'urgence. La pompe nécessite généralement un fonctionnement et un entretien plus intensifs; la liaison mécanique entre la turbine et la pompe, en particulier, est responsable d'environ 40 % de tous les besoins d’entretien. De plus, les joints de piston de la pompe doivent être remplacés chaque année ou tous les deux ans.

Santé et sécurité

Les problèmes de santé et de sécurité concernent la conception et la construction sûres de la structure de la tour. Si des systèmes de batteries sont utilisés, ils doivent être placés dans un endroit à accès restreint pour éviter les risques d'électrocution.

Coûts

D'une part, les coûts d'investissement des systèmes de pompes éoliennes mécaniques sont élevés, variant généralement entre 35 000 et 60 000 USD et jusqu'à 120 000 USD pour un système éolien plus grand au niveau communautaire (y compris le stockage et la distribution). D'autre part, les coûts d’entretien des éoliennes mécaniques sont modérés (environ 0,8 à 1,5 USD par personne et par an), comparables à ceux d'autres systèmes électriques. Avec cette compensation, les systèmes éoliens électriques peuvent être une approche à moindre coût, par exemple, lorsque le « m4 » (volume quotidien requis en m3 multiplié par la charge de la pompe en mètres) varie de 200 à 10 000, quand la vitesse annuelle moyenne du vent à 10 mètres est au-dessus de 4 m/s, là où d'autres systèmes de pompage à base de carburant se sont avérés problématiques et là où le réseau électrique est à plus de 2 km. Outre les coûts financiers, le choix d'une source d'énergie renouvelable a un coût environnemental continu beaucoup plus faible, et comme l'énergie solaire, cela devrait être une considération de conception clé (voire primordiale).

Considérations sociales et environnementales

Le vent est une ressource relativement non testée, mais ne devrait pas prêter à controverse, en particulier à mesure que la sensibilisation à l'environnement augmente. En termes environnementaux, le vent est une source d'énergie renouvelable qui réduit le besoin d'énergie dérivée de combustibles fossiles, réduisant ainsi l'empreinte carbone du système et améliorant la qualité de l'air. Cependant, les turbines peuvent avoir un impact sur les oiseaux migrateurs, selon la taille des rotors, la hauteur de la tour et l'emplacement de l'éolienne. En termes d'acceptation sociale, les turbines peuvent être considérées comme inesthétiques, et le bruit émis par le tournoiement des pales peut être considéré comme une nuisance pour ceux qui vivent trop près, ce qui peut cependant être moins pertinent dans les situations d'urgence.