Système EOLIENNE ESSAIS DE SYSTÈMES 1TS Electrotechnique CORRECTION Analyse générale d'une éolienne Durée:1/2H doc. : CD GTI Éolienne 1) Quelle est la conversion énergétique globale réalisée par une éolienne? L éolienne permet la conversion de l énergie mécanique du vent en énergie électrique fournie par une génératrice. 2) Représenter, par un schéma synoptique, les différents éléments qui interviennent dans le transfert énergétique réalisé par une éolienne réelle, en faisant apparaître clairement : - La partie mécanique - La partie électrique Page 1
Analyse du fonctionnement de la maquette "éolienne", hors production d'énergie Durée:1H doc. : CD GTI Éolienne 1) Mettre la maquette "éolienne" sous tension en présence du professeur puis vérifier son bon fonctionnement en mode automatique 2) Expliquer par quel moyen est simulée l énergie du vent L énergie du vent est simulée par le moteur asynchrone vertical situé à coté des pales. 3) Expliquer le rôle des appareils suivants sur la maquette : a) Ventilateur anémomètre Le ventilateur anémomètre permet de simuler la vitesse du vent. Lorsque la vitesse du vent augmente, la vitesse de ce ventilateur augment également. b) Anémomètre A l aide de la documentation «dossier programme», Déterminer la conversion réalisée par l'anémomètre placé sur le système. (Vous indiquerez la plage de variation de la grandeur de sortie de ce capteur) Compléter le tableau du document réponse. Anémomètre permet de mesurer la vitesse du vent (comme sur une éolienne réelle). Plus il y a de vent, plus l anémomètre tourne vite. Cette vitesse est convertie en un courant 4-20mA. Ce capteur est connecté à l automate et ce courant est lui-même converti en 0-10000popints par l automate. Vitesse du vents (km.h -1 ) 0 30 100 Sortie (4-20mA) 4 8.8 20 Nb de points automate 0 5000 1000 c) Ventilateur girouette et motovariateur nacelle girouette Le ventilateur girouette permet de simuler la direction du vent et d orienter la girouette. Ce ventilateur peut tourner sur lui même lorsque l on modifie la direction du vent. Page 2
d) Girouette A l aide de la documentation «dossier programme», Déterminer la conversion réalisée par l'anémomètre placé sur le système. La girouette permet de connaitre la direction du vent (comme sur une éolienne réelle). Cette direction est convertie en un courant 4-20mA. Ce capteur est connecté à l automate et ce courant est lui-même converti en 0-10000popints par l automate. 4) Lors du fonctionnement en mode automatique, a. Noter comment évolue la position de la nacelle en fonction de la consigne de direction du vent. Vous Expliquerez comment une éolienne est commandée pour fonctionner de façon optimale en fonction du vent. Lors que l on modifie la direction du vent, la girouette s oriente dans cette direction puis la nacelle s oriente également dans cette direction. Une éolienne s oriente toujours face au vent. b. Noter comment évolue la vitesse de rotation des pâles en fonction de la consigne de vitesse du vent Lorsque l on augmente la consigne de vent, la vitesse des pales augmente. Attention ce n est pas le fonctionnement réel. En effet dans ce cas la génératrice n est pas connecté. Analyse du fonctionnement de la maquette "éolienne", en production d'énergie Durée: 2H doc. : CD GTI Éolienne 1) Étude de l'appareillage de puissance électrique a) A l aide de sa plaque signalétique, donner une description complète de la génératrice Génératrice asynchrone 1,5kW - 1410-1710 tr/min 230-400V 6,4/3.73A. b) A l aide des circuits de puissance du système, décrire très précisément le circuit de puissance électrique par lequel peut s'effectue la liaison de la génératrice au réseau. La liaison de la génératrice au réseau électrique se fait par le module démarreur puis par l analyseur de réseau.(+les protection). Dans ce cas la totalité de la puissance est renvoyée au réseau. Page 3
c) Un autre circuit de puissance électrique permet la liaison de la génératrice au réseau. Décrire ce circuit et son avantage par rapport au précédent. L autre possibilité de renvoyer l énergie fournie par la génératrice au réseau est de passer par l ensemble du circuit électrique utilisant le REGENDRIVE et le MOTORINGDRIVE (les deux variateurs verts). L intérêt de ce circuit complexe est de pouvoir moduler l énergie renvoyé au réseau. 2) Préciser par quel appareil s'effectue la mesure du transfert énergétique. La mesure du transfert d énergie s effectue par l analyseur de puissance A200. Quelles sont les différentes grandeurs mesurées? Cet appareil peut mesurer beaucoup de paramètres électriques. Par défaut, il mesure la puissance active P, en W, la puissance réactive Q, en var, la puissance apparente S, en VA, et le cos phi. 3) Mettre la maquette "éolienne" en présence du professeur en fonctionnement production d'énergie, en mode "démarreur progressif" a) Fonctionnement simulé en situation d'absence de vent (Consigne de couple à 0) Décrire le fonctionnement observé et relever les différentes informations Expliquer à quelle situation réelle correspond ce fonctionnement, et commenter le transfert énergétique dans ces conditions En mode démarreur progressif, la génératrice est connectée au réseau. Les pales de l éolienne tournent. Lorsque la consigne de couple est 0, la puissance mesurée par l analyseur de puissance est négative. (Environ -350W) Cela signifie que c est la génératrice qui consomme de l énergie pour faire tourner les pales de l éolienne. Le transfert d énergie se fait du réseau vers les pales. b) Fonctionnement simulé en conditions de vent Effectuer une étude précise et complète en traçant les graphes : Page 4
- de l'évolution de la puissance P fournie par la génératrice en fonction de la force du vent - de l'évolution de la vitesse de l'arbre de la génératrice en fonction de la force du vent Page 5
Commenter les résultats obtenus Vous répondrez entre autres aux questions suivantes : A partir de quel couple exercé par le vent sur les pâles l'éolienne produit-elle de l'énergie? Expliquer. A partir d environ 30% de couple, la puissance mesurée par l analyseur de puissance, devient positive. Cela indique qu il y a alors transfert d énergie des pales vers le réseau : l éolienne produit de l énergie. Quel constat peut-on faire sur la vitesse de la génératrice lorsqu'elle produit de l'énergie? Lors de la production d énergie la vitesse de la génératrice est supérieure à 1500tr/min : on parle alors de fonctionnement en hypersynchronisme (au delà de la vitesse de synchronisme, ici 1500tr/min) La vitesse de rotation des pâles varie-t-elle de façon très sensible en fonction de la vitesse du vent? Qu est-ce qui fixe globalement la vitesse de rotation des pâles? Non, la vitesse des pales ne varie pas beaucoup (entre 1490tr/min et 1530tr/min). Comme la génératrice est connectée au réseau électrique 50Hz, c est cette fréquence qui fixe globalement la vitesse de la génératrice (n = f/p) c) Fonctionnement avec les batteries de condensateurs Effectuer des relevés précis sur le fonctionnement lorsqu'on rajoute la batterie de condensateurs KC1 Expliquer clairement comment évoluent les grandeurs P, Q, S et cos les condensateurs lorsqu'on rajoute Commenter ces résultats de façon à expliquer l'intérêt des condensateurs En fonctionnement sans condensateur le cos phi est de l ordre de 0,2. Cette valeur engendre, pour une me puissance active, des courants importants dans le réseau EDF. Dans ce cas EDF risque de surtaxer l entreprise productrice. Les contacteurs KC1 permettent l enclenchement de condensateurs qui apportent de la puissance réactive négative. Cet apport permet de diminuer Q donc S donc I. Page 6
Conclusion sur la production d énergie par éolienne Durée: ½h doc. : CD GTI Éolienne + autres (connaissances générales, livres, internet ) 4- Effectuer une synthèse sur la production d énergie éolienne, à travers les axes suivants : - impact écologique - développement durable L implantation d éolienne n est pas sans répercutions écologique là ou elle sera installé. De ce fait l étude préalable doit être parfaitement réalisé afin d être certains qu en moyenne elle produira plus d énergie que n en consommera. Page 7