Chapitre 3:Technologies des éoliennes 1 Chapitre 3:Technologies des éoliennes 1
Chapitre 3:Technologies des éoliennes 1 Chapitre 3:Technologies des éoliennes 1. Introduction : Les éoliennes utilisent la force du vent pour produire de l'électricité. Elles sont montées aux sommets de mâts afin de bénéficier d'un maximum de puissance. A 30 mètres du sol ou plus au-dessus du sol, elles bénéficient d'une plus grande vitesse de vent, et évitent ainsi les turbulences aérodynamiques qui se trouvent proches du sol. Les éoliennes captent l'énergie du vent par leurs pales en forme d'hélices. Le plus souvent 2 ou 3 pales sont montées sur un axe pour constituer un rotor. Il existe de manière générale deux sortes d’éolienne, à axe vertical et à axe horizontal. 2. L’histoire de l’éolienne Des moulins à vents depuis l’antiquité pour moudre du grain, presser des produits oléifères, battre le fer, le cuivre, le feutre ou les fibres du papier... ou relever de l'eau). 1890 : Première éolienne industrielle développée par le Danois Poul La Cour pour fabriquer de l’hydrogène par électrolyse de l’eau. Il crée l'éolienne Lykkegard, dont il vend 72 exemplaires en 1908. 1955 : Une éolienne expérimentale de 800 kW est exploitée pendant 8 ans dans la Beauce. Deux éoliennes de 130 et 1 000 kW furent testées par EDF à Saint Rémy des landes(50). 1973 : premier choc pétrolier, le Danemark entreprend un vaste plan de développement éolien suivi par d’autres pays. 3. Le vent : Le vent est lié à la différence de pression atmosphérique existant sur terre, la direction du vent allant de la haute pression vers la basse pression. De manière générale les vents sont plus forts sur les océans que sur le continent. En effet, la vitesse proche du sol dépend de la rugosité du terrain. 4. Principe de l'aérogénérateur L'aérogénérateur utilise l'énergie cinétique du vent pour entraîner l'arbre de son rotor : cette énergie cinétique est convertie en énergie mécanique qui est elle-même transformée en énergie électrique par une génératrice électromagnétique solidaire au rotor. L'électricité peut être envoyée dans le réseau de distribution, stockée dans des accumulateurs ou être utilisée par des charges isolées. Chapitre 3:Technologies des éoliennes 2 Figure 1 : Principe de l'aérogénérateur 5. Les composants de l’aérogénérateur : a. La fondation et le mât : La fondation : Elle assure l’encrage et la stabilité de l’éolienne, et leur taille est proportionnelle à la hauteur de l’aérogénérateur. Le mât (la tour) : Le mât est une composante principale de l’aérogénérateur. Il supporte l’ensemble des équipements permettant de produire l’électricité (Nacelle et Rotor). Figure 2 : Les composants de l’éolienne b. La nacelle : La nacelle contient les principaux composants d'une éolienne, elle est généralement réalisée en résine renforcée de fibres de verre. Chapitre 3:Technologies des éoliennes 3 Son rôle est d’abriter l’installation de génération de l’énergie électrique ainsi que ses équipements. Figure 3 : les équipements électriques de la nacelle La nacelle comporte : L’arbre principal au primaire (lent): Ou arbre primaire relie le moyeu du rotor au multiplicateur qui tourne lentement (14.6 à 30.8 tours/min). Il est relié à l'arbre secondaire par l'intermédiaire du multiplicateur. Le multiplicateur ou boite de vitesse: Il sert à élever la vitesse de rotation entre l’arbre primaire et l’arbre secondaire qui entraîne la génératrice électrique. Un générateur électrique: C’est un convertisseur qui transforme l’énergie mécanique en énergie électrique à travers un champ électromagnétique qui entraîne la création du courant. Un disque de freinage: C’est un dispositif de sécurité, déclenché par l’anémomètre .Il permet l’arrêt total de l’éolienne en cas de vitesse élevé du vent (si vitesse du vent est supérieur à 25m /s) ou de maintenance. Un système d’orientations : C’est une couronne dentée équipée d’un moteur qui permet d’orienter l’éolienne et de la verrouiller dans l’axe du vent grâce à un frein. Il a donc pour but de disposer les pales face au vent pour produire un maximum d’électricité. Le capot: Couverture qui protège les composantes de la nacelle, fait en résine de polyester renforcé de fibres de reine (isolement acoustique). Le châssis: Il y a le châssis arrière droit qui support le générateur; de gauche qui supporte le contrôleur du TOP. Le châssis avant est formé d’une poutre rigide y sont fixées le paliersupport et le système d’orientations. Chapitre 3:Technologies des éoliennes 4 Mesure du vent : sur le toit arrière de la nacelle on trouve deux capteurs : La girouette: sert à la direction du vent. L’anémomètre: indique la vitesse du vent. c. Rotor : Il transforme l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique, il se compose de trois pales et il est relié à la nacelle par son moyeu (il fonctionne de la même manière qu’une hélice d’avion mais avec un sens de rotation inversé). Cône du nez : Le cône du nez protège le moyeu et les roulements de pale. Le cône est fabriqué en polyester et fibre de verre. Il est vissé à l’avant du moyeu et est soutenu par les roulements de pale Pales : Elles transfèrent la puissance du vent au moyeu du rotor. Elles peuvent être fabriquées en fibre de verre et résine époxy. Moyeu : Il supporte les pales et relie le rotor à la nacelle. Il fait varier l’angle d’attaque des pales simultanément. Le moyeu est de forme sphérique est fabriqué en fonte nodulaire. 6. Les types d'éolienne Il existe deux types d'éolienne domestique. Elles se distinguent selon l'orientation de leur axe de rotation. 6.1. L’éolienne horizontale est le type d'éolienne le plus utilisé. Elle offre un rendement important mais elle est responsable de nombreuses nuisances non négligeables. Il existe deux catégories d'éolienne à axe horizontal: Amont : le vent souffle sur le devant des pales en direction de la nacelle. Les pales sont rigides, et le rotor est orienté selon la direction du vent par un dispositif. Chapitre 3:Technologies des éoliennes 5 Figure 4 : Schéma d'une éolienne à axe horizontal amont • Aval : le vent souffle sur l'arrière des pales en partant de la nacelle. Le rotor est flexible, auto-orientable. Figure 5 : Schéma d'une éolienne à axe horizontal aval 6.2. L'éolienne verticale est pour l'heure le type d'éolienne le moins répandu. Cependant, son rendement égal voire supérieur à celui d'une éolienne classique, et ses atouts d'intégration au bâti, de fonctionnement même avec un vent faible et d'occupation d'espace moindre, font d'elle une solution très intéressante, notamment pour les éoliennes domestiques. • Le rotor de Savonius dont le fonctionnement est basé sur le principe de la traînée différentielle. Les efforts exercés par le vent sur chacune des faces d'un corps creux sont d'intensités différentes. Il en résulte un couple entraînant la rotation de l'ensemble. Figure 6 : Rotor de Savonius Chapitre 3:Technologies des éoliennes 6 Le rotor de darrieus est basé sur le principe de la variation cyclique d'incidence. Un profil placé dans un écoulement d'air selon différents angles, est soumis à des forces d'intensités et de directions variables. La résultante de ces forces génère alors un couple moteur entraînant la rotation du dispositif. Figure 7 : Rotor de darrieus 7. Notions de calculs sur les éoliennes Puissance récupérable par les pâles L'énergie du vent est l'énergie cinétique de l'air récupérable qui traverse une certaine surface S, la puissance associée est donc : = . . . (1) ν : la vitesse du vent en m/s ρ ~ 1,25 km/m3, masse volumique de l'air, dans les conditions normales de température et de pression au niveau de la mer S : la surface d'air en m² balayée par les pales Coefficient de puissance Cp Le coefficient Cp caractérise le niveau de rendement d'une turbine éolienne. On peut le définir comme le rapport suivant : = (éé ) (2) Cependant, cette énergie ne peut pas être entièrement récupérée, car il faut évacuer l'air qui a travaillé dans les pales du rotor. On introduit alors le coefficient de puissance Cp dans le calcul de la puissance P : = . . . . (3) Chapitre 3:Technologies des éoliennes 7 Variation de vitesse du vent v en fonction de la hauteur h ! ! " = # $ $"% & (4) V : vitesse en m/s à la hauteur h 0 de référence au-dessus du sol ' : coefficient caractéristique du lieu entre 0,1 et 0,4 La puissance d’une éolienne est aussi en fonction de la hauteur du mât, la figure donne un aperçu sur l’évolution de la puissance d’une éolienne en fonction de sa hauteur et du diamètre balayé. Figure 8 : Tailles des éoliennes et puissance associée. 8. L’utilisation L’énergie éolienne peut être utilisée de trois manières : Conservation de l’énergie mécanique : le vent est utilisé pour faire avancer un véhicule (navire à voile ou char à voile), pour pomper de l’eau (moulins de Majorque, éoliennes de pompage pour irriguer ou abreuver le bétail) ou pour faire tourner la meule d’un uploads/Management/ chapitre-3technologies-des-eoliennes 1 .pdf
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- Publié le Mai 18, 2021
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