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L’énergie éolienne Textes et illustrations Hervé Caspani Sommaire Ademe 4 Aérod

L’énergie éolienne Textes et illustrations Hervé Caspani Sommaire Ademe 4 Aérodynamique 5 Aérogénérateur 7 ALE : Agence locale de l'énergie et du climat 9 Alternateur 10 Anémomètre 11 Angle d'incidence 13 Armoire de commande 14 Ascenseur 15 Balisage lumineux 17 Boîte de vitesse 19 Bord d'attaque d'une pale 21 Bride 22 Bruit 24 Calage des pales 25 Centrale hydraulique 26 Certificat vert 27 Classe de dommages de pales 28 Comité de liaison énergies renouvelables 29 Contrat de maintenance 30 Contrôle du fonctionnement d'une éolienne 31 Couleur 32 Courbe de puissance 33 Couronne d'orientation 35 Darrieus 36 Déchet 38 Démantèlement 39 Développeur éolien 40 Disponibilité opérationnelle 42 Dispositif « pitch » 43 Distance aux habitations 44 Échauffement 45 Effet Venturi 46 Émission dans l'atmosphère 48 Émissions télévisées hertziennes 49 Énergie verte ou énergie renouvelable 50 Engrenage 5 1 Éole 53 Éolienne à pompage 55 Éolienne domestique 57 Équilibrage du rotor 59 Équilibre écologique 60 Étude d'impact 6 1 Exploitant éolien 62 Facteur 4 63 Fondation 6 4 Foudre 66 Fournisseur d'énergie verte 67 France énergie éolienne 68 Frein 69 Génératrice d'électricité 70 GIEC 71 Girouette 72 Grenelle de l'environnement 74 Hélice 75 ICPE : Installation classée pour la protection de l'environnement 76 Impact environnemental 7 7 Impact visuel 7 8 Langue anglaise 80 Lidar 8 1 Lubrification 83 Maintenance 84 Mât 85 Mât de mesure 8 7 Matériaux composites 89 Modélisation acoustique 90 Montage d'une éolienne 9 1 Moulin à vent 93 Moulin chandelier 9 4 Moulin tour 95 Multiplicateur de vitesse 97 Nacelle 99 Pale 101 Pale en drapeau 103 Paquet climat-énergie 104 Parc éolien 105 Parc éolien off-shore 106 Permis de construire 108 Pitch 109 Portance d'une aile 110 Poste source 112 Potentiel éolien 113 Production annuelle 114 Producteur d'énergie électrique éolienne 115 Promoteur éolien 116 Protocole de Kyoto 117 Puissance instantanée 118 Puissance maximale 119 Qualité de l'électricité 120 Réseau européen EWIS 121 Risques liés à la maintenance 122 Rotor 123 Savonius 125 Schéma régional éolien 127 Servitude 128 Stall : décrochage aérodynamique 129 Tarif d'achat 130 Télésurveillance 131 Théorie de Betz 132 Traînée d'une pale 133 Tourisme vert 134 Vibrations 136 Vitesse de synchronisme 137 Vitesse de vent de coupure 138 Vitesse de vent de démarrage 139 Yaw 140 ZDE : Zone de développement éolien 141 4 Ademe Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie. C’est un établissement public à caractère industriel et commercial placé sous la tutelle conjointe des ministères en charge de l’Écologie, du Développement durable et de l’Énergie et de l’Enseignement supérieur et de la Recherche. Cet établissement participe à la mise en œuvre des politiques publiques dans le domaine de l’environnement, de l’énergie et du développement durable. L’agence met à disposition des entreprises, des collectivités locales, des pouvoirs publics et du grand public, souhaitant s’engager ou progresser dans leur démarche environnementale, des capacités d’expertises et de conseils. Elle aide au financement des projets, depuis la recherche jusqu’à la mise en œuvre dans ses domaines d’intervention. 5 Aérodynamique L’aérodynamique est l’étude des phénomènes induits par l’écoulement de l’air autour d’un solide. La forme des pales est étudiée pour que les éoliennes fournissent toujours plus d’électricité par vent faible et continuent de tourner pour des vents de plus en plus forts. Elles font l’objet de calculs aérodynamiques complexes afin de diminuer les turbulences et les phénomènes acoustiques créés par le choc du vent. Le dessin suivant montre la simulation du glissement du vent sur une éolienne à effet Venturi. 6 7 Aérogénérateur Un aérogénérateur est une éolienne puissante installée sur un mât de grande hauteur qui fournit du courant électrique. Dans les champs éoliens, on trouve deux sortes d’aérogénérateurs : • les machines dont l’hélice est directement reliée au rotor de la génératrice de courant sont courtes et de grand diamètre. Elles ont souvent une forme d’œuf ; • les machines équipées d’une génératrice à grande vitesse de rotation, nécessitent d’inter-poser un multiplicateur de vitesse entre l’hélice et cette dernière. Elles ont plutôt la forme d’un cigare : grande longueur et faible section. 8 9 Une Agence locale de l’énergie est une association sans but lucratif qui rassemble tous les types d’acteurs autour de deux objectifs : les économies d’énergie et le développement des énergies renouvelables dans une perspective de développement durable. Dans les Ardennes, l’ALE 08 est très active sur l’éolien. Elle a participé à la création de la première formation de maintenance éolienne de France. ALE : Agence locale de l'énergie et du climat 10 Alternateur Un alternateur est une machine qui fournit de l’électricité à partir d’une puissance mécanique à l’entrée. Il est composé d’une partie fixe annulaire appelée stator et d’une partie centrale mobile appelé rotor. La rotation du rotor composé de bobinages engendre la production d’un courant électrique sur le stator. Il s’agit d’un moteur qui tourne à l’envers. Dans une centrale électrique, ce type d’alternateur tourne généralement à 1 500 tours/minute. Dans une éolienne, la vitesse du vent est variable, par conséquent, la vitesse du rotor de l’alternateur est variable. C’est pourquoi les alternateurs éoliens sont plus complexes que les alternateurs industriels. Pour la rendre compatible avec la qualité requise voulue par EDF, l’électricité produite est modifiée électroniquement avant d’être injectée sur le réseau électrique. 11 Pour fonctionner le mieux possible, une éolienne doit réagir en fonction de la vitesse et de la direction du vent. L’anémomètre est l’équipement qui transmet l’information de vitesse de vent. Il a souvent la forme d’une petite turbine à axe horizontal. Sans cette information, une éolienne est inopérante. C’est pourquoi on l’équipe de deux anémomètres pour être certain qu’elle connaisse toujours la vitesse du vent. Anémomètre 12 13 Angle d'incidence Une pale d’éolienne est mobile autour de son axe. Comme la voile d’un bateau, si le vent est faible il faut l’orienter pour qu’elle ait une grande prise au vent. Si le vent forcit, il faut réduire sa prise au vent. On appelle angle d’incidence cet angle d’orientation de la pale. Des moteurs asservis réduisent ou augmentent l’incidence des pales en fonction de l’information donné par l’anémomètre. 14 Armoire de commande Une armoire de commande située dans la nacelle contient des appareils électriques (alimentations, transformateurs, variateurs électroniques de vitesse…) ainsi que les automates programmables qui gèrent les fonctions de l’éolienne. Afficheurs numériques et LED permettent de suivre à tout instant l’état des équipements. Pour éviter aux agents de maintenance de monter au sommet du mât pour faire un check- up de l’éolienne, une seconde armoire est disposée au pied du mât. Une prise permet le branchement d’un ordinateur qui permettra d’agir sur les paramètres de la machines pour améliorer son fonctionnement en cas de modification de son environnement. 15 Ascenseur Il n’est pas rare qu’une éolienne soit montée sur un mât d’une hauteur de 120 mètres. Apporter à l’échelle, en haut d’un tel mât, le matériel nécessaire à l’entretien de la machine, est long et fatiguant. C’est pourquoi les éoliennes sont de plus en plus équipées d’un ascenseur. Revers de la médaille : cela fait un équipement en plus à surveiller. 16 17 Balisage lumineux Le code de l’aviation civile impose que les éoliennes doivent être repérées de loin par les avions. Les parcs éoliens doivent respecter une signalisation précise par des flashs lumineux positionnés sur toutes les nacelles. Les flashs lumineux d’un même parc doivent s’allumer en même temps avec une lumière blanche de 20 000 candelas le jour et une lumière rouge de 2 000 candelas la nuit. Le balisage est plus complexe pour les éoliennes dont la hauteur totale (pale verticale au dessus de la nacelle) dépasse 150 mètres. Comme il n’est pas aisé de remplacer une ampoule au sommet d’une éolienne, il vaut mieux installer des ampoules à LED : basse consommation et grande durée de vie. 18 19 Boîte de vitesse De nombreux modèles d’aérogénérateurs sont équipés de génératrices de courant électrique qui s’inspirent des modèles industriels. Celles-ci tournent très vite. Il est nécessaire de multiplier la vitesse du rotor pour transmettre l’énergie mécanique à l’axe de rotation de la génératrice. Dans le jargon éolien on appelle boite de vitesse (gearbox en anglais) le multiplicateur de vitesse qui s’interpose entre le rotor et l’axe de la génératrice. Bien sur, dans cette « boîte de vitesse », pas de sélecteur de vitesse ni de marche arrière ! 20 21 Bord d'attaque d'une pale Le bord d’attaque est la section avant de la pale. C’est lui qui reçoit en premier le vent… et les projectiles. C’est pourquoi l’agent de maintenance monte régulièrement sur le toit des éoliennes pour vérifier si celui-ci n’est pas endommagé. Si c’est le cas, il note la gravité du dommage auquel on apportera une réparation appropriée. 22 Bride Un mât éolien est composé de plusieurs tronçons qui se présentent sous la forme de tubes équipés de brides à chaque extrémité. Une bride est comme une collerette percée de trous sur son pourtour. Les brides sont reliées entre elles et serrées par des boulons. On ne voit pas les brides sur les mâts éoliens parce uploads/s3/ energie-eolienne-important 1 .pdf