Technologies associées aux énergies renouvelables Eolien Exposé n 05 du cours ENER002 «Energies non conventionnelles» Bruxelles, 25 octobre 2005 Professeur : ir Michel Huart Faculté des Sciences Appliquées de l ULB Année académique 2005/2006 Vent Source d énergie renouvelable Technologie ER Energie utile Vent Aérogénérateur, Eolienne de pompage Electricité Energie mécanique Vent (hélice) : P vent = ½ ρ S v³ Puissance développable Protor = Cp Pvent (Cp max = 0,6) (Limite de Betz) -1- -2-
Courbe caractéristique (P, Cp) Puissance développée et Coefficient de performance en fonction de la vitesse de vent. Enercon E66 Courbe caractéristique (P) Recherche de l optimum économique = minimiser coût/production Enercon E66-3- -4-
Taille d éolienne onshore Wallonie 2004 Puissance = 1 500 kw Hauteur mât = 85 m Diamètre = 77 m Parc éolien de Gembloux-Sombreffe www.airenergy.be Taille plus grande éolienne installée D = 80 m P = 2.500 kw H = 100 m 3.000 2.500 Entwicklung von Rotordurchmesser und Nennleistung D = 45 m P = 600 kw H = 60 m 90 80 70 Nennleistung in kw 2.000 1.500 1.000 D = 15 m P = 55 kw H = 25 m D = 20 m P = 75 kw H = 30 m D = 30 m P = 300 kw H = 40 m 60 50 40 30 Rotordurchmesser in m D = 126 m P = 6 000 kw H = 140 m 500 Durchmesser Leistung 20 10 0 0 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006-5- -6-
Rotor Vitesse du rotor Le comportement aérodynamique d une pâle est conditionné par la direction et la vitesse du vent apparent Fixe : définie par le constructeur Variable : en fonction de la vitesse du vent, du profil et du calage des pâles Calage des pâles Calage ou pas = angle entre la pale et le plan de rotation Modification du calage par rotation de la pâle autour de son axe longitudinal pour rechercher le bon angle d incidence entre la pâle et le vent apparent Pas fixe : simple et moins coûteux Pas variable : plus complexe, mais meilleur rendement et meilleure régulation Génératrice d électricité Conversion de l énergie mécanique en électricité (Si connecté à un réseau électrique! en phase avec le réseau et limitation des perturbations «fréquence» et «tension») - Générateur asynchrone - Générateur synchrone (+ convertisseur de puissance pour découpler la fréquence du réseau de la vitesse de rotation) Multiplication (de la vitesse de rotation) - Système d engrenages (boîte de vitesse) -Attaque directe avec générateur synchrone multipolaire (pas de maintenance du multiplicateur de vitesse -7- -8-
Nacelle Avec démultiplicateur Nacelle sans multiplicateur ENERCON -10- -11-
Télégestion Contrôle d un parc éolien Source : Orbit Vol 24 Number 2 Principales applications Parc éolien «onshore» Parc éolien «offshore» Petit aérogénérateur (Production électrique pour site isolé ou site rural) Systèmes hybrides (Vent - Diesel) Eolienne mécanique de pompage Autres (éoliennes urbaines, ) -12- -13-
Parc éolien Ste Ode Février 2003 Parc éolien de Gembloux-Sombreffe 4 x 1,5 MW -14- -15-
Eolienne de Houyet Inauguration de l éolienne d Houyet juin 2004-16- Fondation et base Fondation Villers-le-Bouillet - SPE -17-
Placement nacelle Montage rotor 1/2-18- -19-
Montage rotor 2/2 Parc offshore Middelgrunden (Dk) -20- -21-
Eolien onshore Potentiel énergétique wallon Potentiel technique, 3 contraintes principales : Aménagement du territoire (distances de l habitat et des zones protégées) Possibilité de raccordement au réseau électrique (50.000 à 200.000 EUR/km) Usage de l espace aérien Hypothèses : 4% du territoire (16 844 km²) ; 6MW/km² ; héq = 1 800 à 2 200 h! PI = 4 000 MW! E an = 7,2 à 8,8 TWh (CF 2000 = 23,4TWh) Potentiel MT Hypothèses : 1,5 % du territoire (16 844 km²) ; 6MW/km² ; héq = 1 800 à 2 200 h! PI = 1 500 MW! E an = 2,7 à 2,3 TWh Objectif EDORA (Mémorandum) 2009! PI = 400 MW! E an = 0,72 à 0,88 TWh Situation mi-2005 (Renouvelle n 13) PI = 40 MW! E an = 0,072 à 0,088 TWh Eolien offshore Potentiel énergétique belge Surface maritime : 3 600 km² Espace réservé : 1 500 km² Densité éolienne : 10 MW/km² PI : 21 000 MW H éq : 2 800 à 3 800 h Prod. : 65 à 79 TWh/an Source : «Optimal offshore wind development» spsd II, Mai 2004-22- -23-
Eoliennes en Europe www.ewea.org Puissance installée éolienne en Europe Comparaison Installed capacity Total (MW) Installed capacity per area (kw/km²) Installed capacity Total (MW) Installed capacity per area (kw/km²) Danemark 3.117 72,3 Allemagne 16.629 46,6 Pays-Bas 1.078 26,0 Espagne 8.263 16,4 Luxembourg 35 13,5 Autriche 606 7,2 Portugal 522 5,7 Irlande 339 4,8 Italie 1.125 3,7 Grande Bretag 888 3,6 Grèce 465 3,5 Belgique 95 3,1 Suède 442 1,0 France 386 0,7 Finlande 82 0,2 Lettonie 26 0,4 Chypre 2 0,2 Tchequie 17 0,2 Pologne 63 0,2 Estonie 6 0,1 Lituanie 7 0,1 Slovaquie 5 0,1 Hongrie 6 0,1 Malte 0 0,0 Slovénie 0 0,0 Données 31/12/2004 Sources : www.ewea.org -25- -26-
Evolution en Belgique (chiffres) Puis inst tot (MW) Puis inst en 1 an (MW) Prod nette (MWh) Nombre heq an (h) (Min) heq an (h) (Max) 1993 4,4 1994 4,4 0,0 1995 4,4 0,0 1996 4,4 0,0 7.261 1.650 1.650 1997 4,6 0,2 7.734 1.681 1.758 1998 5,9 1,3 11.031 24 1.870 2.398 1999 9,2 3,3 12.885 29 1.407 2.184 2000 13,4 4,2 14.777 36 1.104 1.613 2001 31,0 17,6 34.256 54 1.106 2.559 2002 35,2 4,2 56.928 58 1.617 1.838 2003 62,7 27,5 69.151 79 1.103 1.965 2004 96,2 33,5 128.399 95 1.335 2.047 2005 142,2 123 Schéma simplifié «Petit système» Sources : APERe asbl, ODE Vlaanderen vzw, Division de l énergie du Ministère des Affaires Economiques (MAE) -27- -28-
Eolienne en site rural Outgaarden Schéma ERD Vergnet -29- -30-
Cours ENER002 - FSA ULB Michel HUART UVE 500 500 W, 24 Vcc (Génératrice à aimants permanents) Mât aubané de 12 m Régulateur Batteries 24 V (190 Ah) Interrupteur nocturne Convertisseur DC-> AC Source : Compagnons d Eole http://www.compagnons-eole.be - 31 - Schéma : Système hybride 05 Eolien - Michel HUART - 25/10/05-32 - 15
Eolienne de pompage Belgique Orneau (Gembloux) Eolienne de pompage - Mauritanie -33- -34-
Eoliennes à axe vertical Warp -35- -36-
Eolienne carénée Impacts Effets positifs des SER (Cfr séance de cours 02) Impact paysager Bruit Ombrage Oiseaux Espace aérien -37- -38-
Bruit http://www.airenergy.be Niveaux de bruit -39- -40-
Simulation bruit 1 éolienne 35dB(A) 40dB(A) 45dB(A) http://www.ecopower.be 35dB(A) 40dB(A) Simulation bruit 2 éoliennes 45dB(A) http://www.ecopower.be -41- -42-
Simulation ombrage 1 éolienne 10h/a 25h/a 50h/a http://www.ecopower.be 10h/a Simulation ombrage 2 éoliennes 25u/j 50u/j http://www.ecopower.be -43- -44-
Eoliennes et oiseaux Sources : ODE Vlaanderen Eoliennes et oiseaux -45- -46-