Les énergies renouvelables sont dérivées de l énergie solaire

L énergie éolienne

Introduction Les énergies renouvelables sont dérivées de l énergie solaire La terre reçoit une puissance équivalente à 1,74 x 10 17 W 1 à 2% est convertie en énergie éolienne Les flux d air sont produits par la variation des températures

Vitesse du vent et altitude

Principe de base

Les principaux composants d une éolienne

L énergie du vent Une éolienne capte l'énergie cinétique du vent et la convertit en un couple qui fait tourner les pales du rotor. disque cylindrique d'air, d'un mètre d'épaisseur, traverse la surface de 2.300 m 2 balayée par le rotor d'une éolienne typique de 1.000 kw. Si le diamètre du rotor est égale à 54 m, un tel disque pèsera en effet 2,8 tonnes, donc 2.300 fois 1,225 kg.

La taille des éoliennes

Les éoliennes détournent le vent une éolienne dévie le vent même avant que celui-ci atteigne la surface balayée par le rotor. Il en résulte qu'une éolienne ne pourra jamais récupérer l'énergie totale transportée par le vent. Une éolienne freine obligatoirement le vent lorsqu'elle capte son énergie cinétique et la convertit en énergie rotative. Pour cette raison, la vitesse du vent à l'avant du rotor est toujours supérieure à celle à l'arrière. Lorsque l'air s'approche du rotor, la pression atmosphérique augmente, le rotor constituant un obstacle au vent. La pression atmosphérique diminue de façon dramatique juste à l'arrière du rotor.

La distribution de Weibull On décrit normalement les variations du vent sur un site donné en utilisant une distribution de Weibull. Sur le graphe ci-contre, la vitesse moyenne du vent est de 7 m/s (mesurée), et la forme de la courbe est déterminée par ce qu'on appelle un paramètre de forme égal à 2. 6,6 m/s est la médiane de la distribution

La puissance du vent La puissance du vent traversant perpendiculairement une surface circulaire est égale á: P = ρ v 3 π r 2 P = la puissance du vent mesurée en W (Watt). ρ = la densité de l'air sec = 1,225 mesurée en kg/m3 (kilogrammes par mètre cube, à pression atmosphérique moyenne au niveau de la mer, à 15 C) v = la vitesse du vent mesurée en m/s (mètres par seconde) r = le rayon du rotor mesuré en m (mètres)

La loi de Betz La loi de Betz détermine qu'une éolienne ne pourra jamais convertir en énergie mécanique plus de 16/27 (ou 59%) de l'énergie cinétique contenue dans le vent.

Courbe de puissance Le graphe montre une courbe de puissance d'une éolienne danoise typique de 600 kw.

Les principaux composants d une éolienne nacelle Anémomètre + girouette Pales du rotor moyeu Unité de refroidissement Arbre lent multiplicateur Arbre rapide + frein Système hydraulique Dispositif d orientation génératrice Contrôle-commande

La génératrice Convertit l énergie mécanique en énergie électrique Sur les grandes éoliennes (> 100 à 150 kw), la tension générée par l'éolienne est le plus souvent un courant alternatif triphasé de 690 V. Le courant est ensuite conduit à travers un transformateur pour augmenter la tension de 10.000 à 30.000 V, selon le standard du réseau électrique local. Une éolienne peut être construite avec une génératrice synchrone ou asynchrone raccordée au réseau directement ou indirectement. Raccordement direct au réseau signifie que la génératrice est raccordée directement au réseau à courant alternatif (triphasé en général). Raccordement indirect au réseau signifie que le courant produit par l'éolienne traverse une série de dispositifs électriques ajustant le courant de façon à correspondre à celui du réseau.

Le système de refroidissement Il faut refroidir les génératrices lorsqu'elles travaillent. Sur la plupart des éoliennes, on assure ce refroidissement en enrobant la génératrice dans un conduit et en installant dans celui-ci un grand ventilateur qui refroidit l'air.

Electromagnétisme Le courant magnétise le noyau de fer et crée une paire de pôles magnétiques : un pôle nord et un pôle sud. Normalement, une génératrice est munie de plusieurs paires de pôles nord - sud.

L induction le champ magnétique créé par l'électroaimant supérieur circule à travers le noyau de fer inférieur. Ce changement du champ magnétique inférieur induit un courant électrique dans la bobine la plus basse. le courant circulant dans la bobine inférieure s'arrête aussitôt que le champ magnétique se sera stabilisé. Si vous coupez le courant, vous aurez un autre éclair à cause de la disparition du champs magnétique. Le changement du champ induit donc un nouveau courant dans la bobine inférieure, allumant la lumière de l'ampoule pendant un bref moment.

La génératrice synchrone Principe des génératrices triphasées Champ magnétique tournant. Chaque électroaimant est relié à sa propre Nombre de pôles 50 Hz 60 Hz 2 3000 3600 4 1500 1800 6 1000 1200 8 750 900 10 600 720 12 500 600 On appelle la construction avec les trois électroaimants le stator du moteur étant donné qu'une partie du moteur reste statique. Si l'aiguille de compas est appelée le rotor, c'est évidemment parce qu'elle effectue des rotations. moteur synchrone bipolaire à aimant permanent

Génératrices asynchrones Génératrice asynchrone = génératrice à induction Le rotor comporte un certain nombre de barreaux en cuivre et en aluminium reliés électriquement entre eux par deux cercles en aluminium situés aux deux extrémités.

Génératrices asynchrone Lorsque le courant est connecté, la machine commence à tourner comme un moteur, à une vitesse légèrement audessous de la vitesse synchrone du champ magnétique tournant produit par le stator.

Génératrices asynchrones Que se passe-t-il si on tourne manuellement le rotor (1500 trs/min) : Si le champ magnétique tourne à exactement la même vitesse que le rotor, aucun phénomène d'induction ne se produira dans le rotor, et il n'y aura donc aucune interaction entre le rotor et le stator. si nous dépassons la vitesse de 1.500 tours par minute, le rotor tournera à une vitesse supérieure à celle du champ magnétique tournant, ce qui signifie que le stator commence à induire un courant fort dans le rotor. Plus nous faisons tourner vite le rotor, plus grande sera la puissance transférée comme une force électromagnétique au stator et ensuite convertie en électricité.

Génératrices asynchrones La vitesse d'une génératrice asynchrone varie en fonction du couple de rotation qui lui est appliqué. Dans la pratique, la différence entre la vitesse de rotation à la puissance maximale et celle à vide est très petite, d'environ 1 %. Cette différence exprimée en pourcentage de la vitesse synchrone est également appelée le glissement de la génératrice. La génératrice augmente ou diminue légèrement sa vitesse en fonction des variations du couple C'est un des atouts les plus importants liés au choix d'une génératrice asynchrone au lieu d'une génératrice synchrone pour une éolienne raccordée directement au réseau électrique.

Génératrices asynchrones Ajustement automatique des pôles du rotor Ce qui donne au rotor à cage sa finesse, c'est qu'il s'adapte automatiquement au nombre de pôles du stator. Le même rotor peut donc être utilisé avec une grande variété de nombre de pôles. Nécessité d'un raccordement au réseau Le stator de la génératrice asynchrone a besoin d'être alimenté en courant afin de créer le champ magnétique nécessaire pour le fonctionnement de la génératrice.

Le multiplicateur de l éolienne Pourquoi un multiplicateur? Si alimentation directe, vitesse des pales trop rapide (Avec un diamètre de rotor de 43 mètres, cela impliquera une vitesse tangentielle des pales du rotor à leur extrémité de plus de deux fois la vitesse du son) Utiliser une multitude de poles (soit 200 poles!) = trop couteux Moindre couple, plus de vitesse il est possible de transformer la puissance à vitesse lente et à un couple élevé, produite par le rotor de l'éolienne, en une puissance à grande vitesse et à un couple bas utilisée par la génératrice. Il y a normalement un rapport constant entre la vitesse de rotation du rotor et celle de la génératrice. Pour une éolienne de 600 ou 750 kw, ce rapport est typiquement approximativement de 1 à 50 tours par minute.

Multiplicateur d une éolienne de 1,5 MW

Quelques ordres de grandeur

Quelques ordres de grandeur de 880 à 1455 MW Civaux, (Vienne): 2 réacteurs II de 1455 MW Penly, (Seine-Maritime) : 2 réacteurs II de 1300 MW Golfech, (Tarn-et-Garonne) : 2 réacteurs II de 1300 MW Nogent, (Aube) : 2 réacteurs II de 1300 MW Belleville, (Cher) : 2 réacteurs II de 1300 MW Cattenom, (Moselle) : 4 réacteurs II de 1300 MW Saint-Alban, (Isère) : 2 réacteurs II de 1300 MW Flamanville, (Manche) : 2 réacteurs II de 1300 MW Cruas, (Ardèche) : 4 réacteurs II de 900 MW Paluel, (Seine-Maritime) : 4 réacteurs II de 1330 MW Blayais, (Gironde) : 4 réacteurs II de 900 MW Gravelines, (Nord) : 6 réacteurs II de 910 MW Dampierre, (Loiret) : 4 réacteurs II de 890 MW Fessenheim,( Haut-Rhin): 2 réacteurs II de 880 MW Bugey, (Ain) : 4 réacteurs II de 900 MW Saint-Laurent, (Loir-et-Cher) : 2 réacteurs II de 900 MW Chooz, (Ardennes) : 2 réacteurs II de 1455 MW Chinon, (Indre-et-Loire) : 4 réacteurs II de 900 MW Tricastin, (Drôme) : 4 réacteurs II