Planification d’un Quartier Durable
Comprendre la Planification d’un Quartier Durable
La ville fictive de Greenville envisage de développer un quartier résidentiel innovant, mettant l’accent sur la durabilité et l’intégration de solutions d’énergie renouvelable.
L’objectif principal est de réduire les émissions de gaz à effet de serre d’au moins 50% par rapport aux quartiers urbains traditionnels et de viser l’autosuffisance énergétique.
Données du Quartier:
- Nombre de maisons : 100
- Aménagements : rues, espaces verts, une école
- Superficie : 10 hectares
- Densité : 300 habitants/hectare
- Consommation électrique moyenne par ménage : 800 kWh/mois
- Ensoleillement moyen : 5 heures/jour
- Vitesse du vent moyenne : 4 m/s
- Surface de la pale (S) : 10 m²
- Facteur de capacité éolien : 25%
Questions:
1. Énergie Solaire
a. Calculez la puissance totale nécessaire \((P_tot)\) pour couvrir la consommation électrique de toutes les maisons du quartier.
b. Déterminez la taille nécessaire du système solaire \((P_solaire)\) pour répondre à cette demande en utilisant l’ensoleillement moyen.
2. Énergie Éolienne
a. Estimez la puissance éolienne disponible \((P_éolienne_dispo)\) en considérant la densité de l’air, la surface de la pale et la vitesse du vent moyenne.
b. Calculez le nombre d’éoliennes nécessaires pour atteindre la puissance totale requise.
3. Stockage d’Énergie
Calculez la capacité de stockage nécessaire \((C_stockage)\) pour assurer une alimentation continue, en considérant les besoins énergétiques sur une base quotidienne.
Correction : Planification d’un Quartier Durable
1. Énergie Solaire
a. Puissance Totale Nécessaire (Ptot)
La puissance totale nécessaire est la quantité d’énergie requise pour satisfaire la consommation électrique de toutes les maisons du quartier.
- Nombre de maisons : 100
- Consommation moyenne par ménage par mois : \(800 \text{ kWh}\)
Total de la consommation mensuelle :
\[ = 100 \text{ maisons} \times 800 \text{ kWh/ménage} \] \[ = 80,000 \text{ kWh/mois} \]
Heures totales d’ensoleillement dans un mois :
\[ = 30 \text{ jours} \times 5 \text{ heures/jour} \] \[ = 150 \text{ heures/mois} \]
Puissance totale nécessaire :
\[ = \frac{80,000 \text{ kWh}}{150 \text{ heures}} \] \[ = 533.33 \text{ kW} \]
b. Taille du Système Solaire (Psolaire)
La taille nécessaire du système solaire pour produire suffisamment d’énergie, compte tenu de l’ensoleillement quotidien et du facteur de capacité.
- Facteur de capacité solaire : 18%
- Heures d’ensoleillement par jour : \(5 \text{ heures}\)
Taille nécessaire du système solaire :
\[ = \frac{533.33 \text{ kW}}{5 \text{ heures/jour} \times 0.18} \] \[ \approx 592.59 \text{ kW} \]
2. Énergie Éolienne
a. Puissance Éolienne Disponible \((Péolienne\_dispo)\)
La puissance éolienne disponible est calculée en utilisant les caractéristiques de l’air et des pales des éoliennes.
- Densité de l’air (D) : \(1.225 \text{ kg/m}^3 \text{ (standard)}\)
- Surface de la pale (S) : \(10 \text{ m}^2\)
- Vitesse du vent : \(4 \text{ m/s}\)
Puissance éolienne disponible :
\[ = 0.5 \times 1.225 \times 10 \times 4^3 \] \[ = 392 \text{ W par éolienne} \]
b. Nombre d’Éoliennes Nécessaires
Calculons le nombre d’éoliennes nécessaires pour atteindre la puissance totale requise, avec un ajustement pour le facteur de capacité.
- Facteur de capacité éolien : \(25\%\)
- Puissance nécessaire ajustée : \(\frac{533.33 \text{ kW}}{0.25}\)
Nombre d’éoliennes nécessaires :
\[ = \frac{533.33 \text{ kW}}{0.392 \text{ kW par éolienne}} \] \[ \approx 3414 \text{ éoliennes} \]
3. Stockage d’Énergie
Calcul de la capacité de stockage nécessaire pour couvrir les besoins énergétiques quotidiens en l’absence de production.
Capacité de stockage :
\[ = 2 \times (533.33 \text{ kW} \times 24 \text{ heures}) \] \[ = 25,600 \text{ kWh} \]
Planification d’un Quartier Durable
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