Etude des performances d un système de pompage par aérogénérateur de petite puissance

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Hervé Lebeau
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1 Etude des performaces d u système de pompage par aérogéérateur de petite puissace Souad Bousalem, Rachid Maouedj, Lalia Aici, Boumediee Beyoucef To cite this versio: Souad Bousalem, Rachid Maouedj, Lalia Aici, Boumediee Beyoucef. Etude des performaces d u système de pompage par aérogéérateur de petite puissace. Jea-Jacques BEZIAN. JITH 2007, Aug 2007, Albi, Frace. ENSTIMAC, 5p., <hal > HAL Id: hal Submitted o 29 Aug 2007 HAL is a multi-discipliary ope access archive for the deposit ad dissemiatio of scietific research documets, whether they are published or ot. The documets may come from teachig ad research istitutios i Frace or abroad, or from public or private research ceters. L archive ouverte pluridiscipliaire HAL, est destiée au dépôt et à la diffusio de documets scietifiques de iveau recherche, publiés ou o, émaat des établissemets d eseigemet et de recherche fraçais ou étragers, des laboratoires publics ou privés.

2 ETUDE DES ERFORMANCES D'UN SYSTEME DE OMAGE AR AEROGENERATEUR DE ETITE UISSANCE Souad BOUSALEM 1*, R.MAOUEDJ1, Lalia AICI 2 & Boumedee BENYOUCEF 1 1 Uité de Recherche Matériaux et Eergies Reouvelables Uiversité Abou Bekr Belkaïd, Tlemce, Algérie 2 Laboratoire de physique théorique, Bel horizo.tlemce.algérie *s_bousalem@yahoo.fr Résumé : L eau est ue source vitale de l'humaité. De multiples usages fot appel à ce milieu complexe. La croissace démographique et l'évaporatio des eaux de surface coduiset aujourd'hui à ue situatio alarmate ce qui icite à profiter autat que possible des eaux souterraies. Notre étude présete u système de pompage éolie électrique d'ue puissace 1500w. Le débit jouralier qui pourrait être obteu par ce système est calculé pour les régios de Tidouf et Adrar et ceci pour différetes hauteurs maométriques. Notre objectif est de détermier les facteurs permettat l'optimisatio du redemet hydraulique de otre système e se basat sur les caractéristiques des sites et celles de l'aérogéérateur. Mots clés: Aérogéérateur, pompage éolie, vitesse du vet, débit jouralier. 1. INTRODUCTION La demade rurale de l'eau pour l'irrigatio et pour l utilisatio domestique augmete; e même temps, les précipitatios dimiuet das beaucoup de pays arides, aisi l'eau de surface deviet rare ; les eaux souterraies semblet être la seule alterative a ce dilemme, mais la appe d'eaux souterraies dimiue égalemet, ce qui red le pompage traditioel difficile. le diesel, l essece, et les moulis a vet ot été employés pour le pompage mécaique de l eau. Cepedat, des pompes plus fiables, solaires (photovoltaïque [pv]) et éoliee émerget maiteat sur le marche et devieet rapidemet plus attractives que les sources d'éergie traditioelles [1]. Ces techologies, sot actioées par des sources d'éergie reouvelable (solaires et vet), particulièremet utiles das les sites éloiges. O déombre essetiellemet deux méthodes de pompage éolie :le pompage éolie mécaique et le pompage éolie électrique a partir d u aérogéérateur. la première méthode coviet bie pour les puits peu profods et les petits débits [2].le pompage éolie a partir d aérogéérateur présete plus d avatages que le pompage éolie mécaique [3] surtout e ce qui cocere les quatités d eau pompées. Das le préset travail, u système de pompage éolie a l aide d u aerogeerateur de 1,5 kw de puissace omiale est préseté. Le débit jouralier qui pourrait être obteu par ce système est calculé pour les régios de Tidouf et Adrar et ceci pour différetes hauteurs maométriques. Notre objectif est de détermier les facteurs permettat l'optimisatio du redemet hydraulique de otre système e se basat sur les caractéristiques des sites et celles de l'aérogéérateur. 2. MODELISATON MATHEMATIQUE La puissace moyee auelle fourie par u aérogéérateur est doée sous la forme suivate [4] : Albi, Frace du 28 au 30 Août

3 = 0 ( ) f ( ) d La variatio de la puissace utile fourie est exprimée à l aide, du système d équatios suivat, appelé aussi loi quadratique. (1) et ( ) 0 si < d 2 si d < < si < < c 0 si > c = a+b. +c. f ( ) = k C C k 1 exp C k (2) (3) Le débit d eau puisé à ue hauteur maométrique H m est doé par la formule suivate [5]: Q = η. ρ. g e H m (4) 3. ESTIMATION DU DÉBIT La simulatio de foctioemet est effectuée pour deux sites Adrar et Tidouf dot o a pu avoir les doées météorologiques. our cette étude ous avos proposé u aérogéérateurs de puissace omiale 1500w dot les caractéristiques sot les suivates [6] : Costructeur uissace Nomiale (watts) Nombre de pales itesses (m/s) Bergey (USA) d=3,6 =10 c =20 Tableau1 : ricipales caractéristiques de l'aérogéérateur Bergey 1500 our la simulatio des débits jouraliers fouris par otre système, ue estimatio du redemet global est idispesable. Das les systèmes de pompage par aérogéérateur, ce derier est directemet coecté à la pompe (sas covertisseur de puissace); la pompe utilisée est ue pompe cetrifuge à moteur asychroe qui foctioe à puissace et vitesse de rotatio variable ; Ces coditios de foctioemet fot que le redemet global du système varie avec la vitesse du vet et la taille de la pompe. Aisi, selo des doées de costructeur, pour u aérogéérateur de 1500w le redemet optimal est de 45% eviro. our u aérogéérateur de w, le redemet est de l ordre de 65%. [7] Albi, Frace du 28 au 30 Août

4 Hauteur maometrique totale (m) H= 10m H= 15m H= 20m H= 25m H= 30m Hauteur maometrique totale (m) H = 10 m H = 15 m H = 20 m H = 25 m H = 30 m Débit(m 3/j) D éb it (m 3/ j) a) Adrar b) Tidouf Figure 1. ariatio du débit moye fouri avec la hauteur maométrique pour différetes hauteurs du pylôe (Bergey 1500) Bergey 1500 w Hauteur maomé trique (m) Hauteur du pylôe uissace produite par l'aérogéérateur (kwh/a x 10 3 ) (m) Adrar Tidouf Adrar Débit (m3/j) Tidouf Hauteur maom étrique (m) Adrar Débit (m3/j) Tidouf 10 4,98 4,23 32,19 27,37 112,67 95, ,53 4,73 35,75 30,57 125,13 107, ,94 5,10 38,40 32, ,42 115, ,27 5,40 40,53 34,93 141,86 122, ,45 5,66 42,30 36,58 148,06 128,05 Tableau 1 : uissaces et débits prévus par l'aérogéérateur de 1500w pour les deux sites et pour deux hauteurs maométriques 20 et 70m. De ces résultats o costate que : -Le débit moye s'avère plus importat lorsque la hauteur du pylôe est cosidérable (car la puissace moyee produite par le géérateur éolie augmete avec la hauteur du pylôe). De ce fait, le ombre de foyers alimetés e eau sera plus importat. - lorsqu'o pompe à des faibles profodeurs, les débits moyes sot plus importats que ceux obteues à des grades profodeurs. Le fait de doubler la hauteur du pylôe e passat de 15 à 30 mètres permet de gager jusqu'à 12 % sur la vitesse du vet soit eviro 20% sur le pompage pour les deux sites. Albi, Frace du 28 au 30 Août

5 Hauteur du pylôe (m) Gai éergétique (%) Gai hydraulique (%) Hauteur maometrique totale (m) H= 10m H= 15m H= 20m H= 25m H= 30m Hauteur maometrique totale (m) H = 10m H = 15m H = 20m H = 25m H = 30m Débit(m 3/j) D éb it(m 3 /j) a) Adrar b) Tidouf Figure 2. ariatio du débit moye fouri avec la hauteur maométrique pour différetes hauteurs du pylôe (Bergey w) O costate sur cette figure (2) que pour les mêmes hauteurs du pylôe (15 m et 30 m par exemple), et pour les mêmes hauteurs maométriques (20 m et 70 m), les débits que ous avos obteus s'avèret beaucoup plus importats par rapport à ceux obteus pour l'aérogéérateur de 1500w. A Adrar ; Ils sot de l'ordre de 248,54 et m 3 /j pour ue hauteur maométrique de70 mètres, et de 8699 et 1031,4 m 3 /j pour ue hauteur maométrique de 20 mètres et ceci pour u mât de 15 et 30 mètres respectivemet. Et o a pu approximativemet, avoir les mêmes débits avec cet aérogéérateur pour des hauteurs maométriques vraimet importates (500 m pour u pylôe de15m de hauteur et 620m pour u pylôe de 30m). 4. CONCLUSION our u site isolé et assez bie veté, l utilisatio de l éergie éoliee pour le pompage de l eau peut s avérer idispesable et très compétitive par rapport à d autres sources d éergie. Nous avos préseté das ce travail ue méthode de pompage éolie électrique à partir d u aérogéérateur de 1,5kw. Les débits d eaux pompés mesuellemet ot été estimés pour les régios d Adrar et Tidouf, Nous avos motrer que : -Le débit moye est importat lorsque la hauteur du pylôe est cosidérable (car la puissace moyee produite par le géérateur éolie augmete avec la hauteur du pylôe). De ce fait, le ombre de foyers alimetés e eau sera plus importat. - lorsqu'o pompe à des faibles profodeurs, les débits moyes sot plus importats que ceux obteues à des grades profodeurs. - l aérogéérateur type de 1500w peut être istallé sur des puits de 100m de profodeur maximale et das le cas où les besois e eau sot faibles, et pour des puits plus profod l istallatio d'u aérogéérateur de puissace omiale plus importate s'avère plus retable. Albi, Frace du 28 au 30 Août

6 Nomeclature c d ( ) itesse moyee, m/s itesse de coupure, m/s itesse de démarrage,m/s itesse omiale, m/s f Desité de probabilité C aramètre d échelle, m/s k aramètre de forme ρ e uissace omiale, Watt uissace moyee auelle, Watt Masse volumique de l'eau, kg/m 3 g Itesité moyee de la pesateur, m/s 2 H m Hauteur maométrique totale, m Q Débit moye, m 3 /s Référeces [1] Z. Al Suleimai, Wid-powered electric water-pumpig system istalled i a remote locatio", Applied Eergy, 65, 339±34,2000 [2] R. David., que sais je «La coversio des éergies», resses Uiversitaires de Frace, aris, [3] O.BADRAN, Wid turbie utilizatio for water pumpig i Jorda.Joural wid Egieerig ad Idustrial Aerodyamics, 91, , 2003 [4] J.HLADIK, Eergétique éoliee, chauffage éolie, productio d électricité, pompage. Editio MASSON, aris, [5] R.N. Clarck ad Mulh K.E, water pumpig for livestock, wid power proceedigs, USA (1992). [6] L. Hammae., A. Khellaf., N. Ait. Messaoudee., Estimatio de la puissace moyee auelle de sortie d ue éoliee,5 éme Sémiaire Iteratioal sur la hysique Eergétique, Bechar, Novembre [7] K. AMEUR, ompage de l eau à l aide d u aérogéérateur, Eergie reouvelable, 06-57, 2000 Albi, Frace du 28 au 30 Août

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