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
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 (\(P_{\text{tot}}\))
La puissance totale nécessaire est calculée en divisant la consommation électrique totale du quartier par le nombre total d’heures d’ensoleillement dans un mois.
- Nombre de maisons: 100
- Consommation moyenne par ménage par mois: 800 kWh/mois
- Nombre de jours dans le mois: 30
- Heures d’ensoleillement par jour: 5 heures/jour
\[ P_{\text{tot}} = \frac{100 \times 800}{30 \times 5} \] \[ P_{\text{tot}} = \frac{80,000}{150} \] \[ P_{\text{tot}} = 533.\overline{3} \, \text{kW} \]
La puissance totale nécessaire est d’environ 533 kW.
b. Taille du Système Solaire (\(P_{\text{solaire}}\))
La taille du système solaire nécessaire est déterminée en divisant la puissance totale nécessaire par le nombre d’heures d’ensoleillement moyen par jour.
- Puissance totale nécessaire: 533 kW
- Heures d’ensoleillement par jour: 5 heures/jour
\[ P_{\text{solaire}} = \frac{533.\overline{3}}{5} = 106.\overline{6} \, \text{kW} \]
La taille nécessaire du système solaire est d’environ 107 kW.
2. Énergie Éolienne
a. Puissance Éolienne Disponible (\(P_{\text{éolienne\_dispo}}\))
La puissance éolienne disponible est calculée en utilisant la formule suivante, où \(D\) représente la densité de l’air et \(S\) la surface de la pale.
\[ = 0.5 \times D \times S \times \text{Vitesse}^3 \] \[ = 0.5 \times 1.225 \times 10 \times 4^3 \] \[ = 0.5 \times 1.225 \times 10 \times 64 \] \[ P_{\text{éolienne\_dispo}} = 392 \, \text{W} \]
La puissance éolienne disponible par éolienne est d’environ 392 W.
b. Nombre d’Éoliennes Nécessaires
Le nombre d’éoliennes nécessaires est calculé en divisant la puissance totale nécessaire par la puissance disponible par éolienne.
\[ = \frac{P_{\text{tot}}}{P_{\text{éolienne\_dispo}}} \] \[ = \frac{533,333.3 \, \text{W}}{392 \, \text{W}} \] \[ = \frac{533,333.3}{392} \approx 1361 \]
Il faut environ 1361 éoliennes pour atteindre la puissance totale requise.
3. Stockage d’Énergie
La capacité de stockage nécessaire est calculée pour assurer une alimentation continue, surtout pendant les périodes sans soleil ou vent.
\[ C_{\text{stockage}} = 2 \times (P_{\text{tot}} \times 24) \] \[ C_{\text{stockage}} = 2 \times (533.\overline{3} \times 24) \] \[ C_{\text{stockage}} = 2 \times 12,800 \] \[ C_{\text{stockage}} = 25,600 \, \text{kWh} \]
La capacité de stockage nécessaire est d’environ 25,600 kWh.
Planification d’un Quartier Durable
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