Rapport Eolienne [PDF]

Zitiervorschau

Université de Sousse Institut Supérieur des Sciences Appliqués et de Technologie de Sousse

Mini projet:

Réalisée par :  Brahem Nadhir  Bouzouita alaeddine  Ben ahmed Amir Mini projet

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 Ben amara Med-ali EEA-EEI -sous groupe 1

groupe 1 Année

universitaire 2013-2014

Objectif :

A

u terme de ce Mini projet, nous tenons

à exprimer notre gratitude et nos vifs remerciements à notre encadreur : Mr

Ben salah chokri

ayant fourni ses efforts et ses connaissances dans le but de nous former dans plusieurs domaines et surtout consolider nos acquis par des nouvelles techniques tout en se basant sur la recherche individuelle et l’initiative personnelle associée à l’esprit de groupe. Nous le remercions aussi pour sa disponibilité à encadrer ce travail à travers ses critiques et ses propositions d’amélioration. Il trouvera ici notre témoignage et notre reconnaissance pour le temps qu’il nous a consacré tout au long de ce semestre en veillant à répondre à toutes nos questions.

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Table des matières

1. Introduction générale

4

2.Définition de l'énergie éolienne

5

3.Histoire de l'énergie éolienne 5 4.Principes et éléments constitutifs de l’éolien…….………....9 a\Descriptif d’une éolienne………………….…………….…..………9 b\Principaux composants d’une éolienne…………………..………....9

5. Le principe de fonctionnement d’une éolienne………..……11 6. Les différents types d’éoliennes…….….………………….….12 a\Les éoliennes à axe horizontal HAWT……………………………12 b\Les éoliennes à axe vertical (VAWT) ………………………………….13 b\1.Le type Darrieus ……………………...………………………………………..13 2.Le Type Savonius…………………………..…….…………………………14

3.Le type hybride Darrieus-Savonius………………...……………..15

7.Dimensionnement………………………………………….………16 8. Avantages et inconvénients de l’énergie éolienne………..19 a\Avantages……………………………………………………..19 b\inconvénient………………………………………………….21 9.l'éolienne Nordex N29/250 kW………………………………..22 Mini projet

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a.Réalisation 3D Avec solidWorks…………………………....25 b.Réalisation en matlabe R2008a…………………..…………...27

1.Introduction générale L’accroissement de la population humaine est suivi par une augmentation continuelle de la consommation énergétique mondiale qui atteint des sommets. Or, comme nous indique le schéma ci-dessous, seulement 11% de l’énergie primaire utilisée provient des énergies renouvelables, 7% provient du l’uranium qui présente de nombreux risques et le grand part (82%) est réservé pour les énergies fossiles (le gaz naturel, le pétrole et ses dérivés et le charbon). Selon un rapport de l'Agence internationale de l'énergie (AIE, 2013-06-26), au rythme actuel de son développement. en 2018, la production d’électricité d’origine ENR (hydroélectricité + éolien + photovoltaïque + autres sources) dépasseront la part du gaz naturel et produiront deux fois plus d’électricité que le nucléaire. Mais dans le monde, de manière générale, le charbon restera dominant. (En 2006, les ENR produisaient 19 % de l’électricité, et 20 % en 2011 et une croissance de 40 % (concentrée sur l'éolien et le solaire) est attendue de 2013 à 2018, qui devrait permettre

de

produire

25 %

de

l’électricité en 2018 dans le monde (presque 6.000 TWh).

Répartition des sources d’énergies primaires utilisées dans le monde en 2010

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Une énergie renouvelable est une source d'énergie qui se renouvelle assez rapidement pour être considérée comme inépuisable à l'échelle de l'homme. Le plus souvent, le choix de ces nouveaux consommateurs se tourne vers le photovoltaïque, mais de nouvelles compagnies mettent en vente des éoliennes de petites puissances.

2.Définition de l'énergie éolienne L’énergie éolienne est l’énergie du vent. C’est une énergie plus respectueuse de l’environnement que les énergies classiques telles que les combustibles fossiles ou l’énergie nucléaire, car elle cause moins de pollution. Quoique le vent soit une source d’énergie gratuite, sa puissance varie considérablement en fonction du lieu et du moment ainsi que du climat et des saisons. Le vent ne peut assurer un apport énergétique régulier et il est difficile à contrôler. Toutefois, il est possible de prévoir la vitesse moyenne du vent, sa direction et son intensité dans certains lieux.

3.Histoire de l'énergie éolienne 

1100 : En Europe, les premières éoliennes sont construites et utilisées pour pomper l'eau et moudre le blé, ces moulins à vent sont composés de quatre pales qui tournent autour d’un axe horizontal

L'utilisation de l'énergie éolienne par l'homme est ancienne. Moulins

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

XIVe siècle : Des améliorations sont apportées progressivement aux moulins à vent européens afin d’augmenter la portance aérodynamique (la « poussée ») et la vitesse du rotor. Ces améliorations permettent d’obtenir une meilleure mouture et une irrigation plus efficace. Développement en Europe et plus particulièrement aux Pays-Bas du moulin à vent pour le meulage du grain, l'irrigation des terres agricoles, le pompage de l'eau de mer, le sciage du bois, la fabrication du papier et de l'huile et le meulage de divers matériaux



1700 : Les turbines éoliennes font leur apparition au Canada grâce aux colons qui les utilisent pour moudre le grain.



Fin des années 1700 : Les moulins à vent sont l’équivalent du moteur électrique de l’Europe pré-industrielle. Ils fournissent environ 1 500

mégawatts (un niveau qui n’a été atteint par la suite que vers la fin des années 1980). Cette énergie éolienne est utilisée pour irriguer les terres, moudre le grain, scier le bois d’œuvre et pour traiter des produits comme les épices et le tabac La première éolienne automatique, fabriquée à Cleveland en 1887 par Charles F. Brush. haute de 18 m, pesant 3,6 tonnes alimentant une génératrice de 12 kW



1800 : Les homesteaders américains utilisent les moulins à vent pour pomper de l’eau pour alimenter leurs fermes et leurs ranches lors de leur établissement dans l’Ouest. Les pales de ces premiers moulins à vent de ferme étaient de simples palettes de bois

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

1887-1888 : L'américain Charles F. Brush, un scientifique de Cleveland en Ohio, construit la première éolienne qui produit du courant pour 12 batteries, 350 lampes à filament, 2 lampes à arc à charbon et 3 moteurs. Haute de 17 mètres et composée de 144 pales en cèdre, elle avait une puissance de 12 kW



1890 : La première éolienne dite « industrielle » permettant de générer de l'électricité est mise au point par le Danois Poul La Cour, permettant de fabriquer de l'hydrogène par électrolyse de l'eau. Dans les années suivantes, il crée l'éolienne Lykkegard, dont il vend soixante-douze exemplaires en 1908 1).



1891 : l’inventeur danois Poul La Cour conçoit plusieurs éoliennes expérimentales et mène des recherches en soufflerie. Il découvre que des turbines à rotation rapide composées d’un nombre moins grand de pales génèrent davantage d’électricité que des turbines plus lentes composées de nombreuses pales. Il met au point les premières éoliennes conçues à partir des principes modernes de l’aérodynamique. D'une puissance 25 kW grâce à des rotors à quatre pales elles affichent une plus grande efficacité. À la fin de la Première Guerre mondiale, l’utilisation de ces machines était largement répandue au Danemark. Cette éolienne expérimentale existe toujours à Askov (Danemark)



1920 : L’inventeur français Georges J.M. Darrieus développe le concept d’un rotor à axe vertical : éoliennes Darrieus



1930 : Développement de petites éoliennes dans les régions rurales des grandes plaines américaines. D’une puissance de 1 à 3 kW, elles permettaient d’éclairer les fermes et de recharger les batteries des radios à cristal. Les éoliennes sont par la suite utilisées pour alimenter des appareils électroménagers et de l’équipement de ferme. Les fermes canadiennes utilisent les éoliennes pour produire de l’électricité et pour pomper l’eau des puits destinée aux auges pour le bétail



Première moitié du XXe siècle : Les éoliennes sont confrontées à la concurrence croissante des centrales au charbon et du réseau électrique au niveau national. En raison des pénuries de charbon et de pétrole pendant les deux guerres mondiales, la demande en énergie éolienne se maintient

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

1955 : En France à Nogent-le-Roi dans la Beauce, une éolienne expérimentale de 800 kVA fonctionne de 1955 à 1963. Elle avait été conçue par le Bureau d'études scientifiques et techniques de Lucien Romani et exploitée pour le compte d'EDF.



1957 : Johannes Juul crée la turbine Gedser pour la compagnie d’électricité SEAS au Danemark qui sert de modèle aux éoliennes modernes, elle se compose d'un générateur et de trois Pales à pivot



1960 : Ulrich Hutter met au point des plans élaborés de turbines à axe horizontal en Allemagne. Ces turbines sont dotées de pales en fibre de verre et possèdent un angle d’attaque ajustable afin d’en augmenter l’efficacité



1971 : Premier parc d’éoliennes en mer au large du Danemark d'une puissance totale de 5 MW



1973 : La crise pétrolière ravive l’intérêt pour le Grand éolien et incite les gouvernements de l’Allemagne, de la Suède, du Canada, du Royaume-Uni et des États-Unis à financer des projets de recherche sur les énergies renouvelables. Ces programmes sont à l’origine de la conception et de la mise en œuvre de nouveaux designs d’éoliennes qui réduisent de façon significative le coût de l’énergie éolienne au cours des deux décennies suivantes. Des parcs éolienssont construits durant les années 1970 aux États-Unis ainsi qu'en Europe



1980 : L'état de Californie décide que d'ici l'an 2000, 10 % de son alimentation énergétique proviendra de l'énergie éolienne et favorise l’installation de 17 000 éoliennes de 20kW à 350 kW entre 1981 et 1990



1984 : Projet Éole, la plus grande éolienne de type Darrieus au monde



2002 : Mise en service du plus grand parc éolien offshore au monde (en 2002) au Danemark (Horns Rev)



2004 : La capacité mondiale d’énergie éolienne dépasse les 39 000 MW



2013 : Le Danemark produit 33,2% de son électricité grâce aux éoliennes

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4.Principes et éléments constitutifs de l’éolien a.Descriptif d’une éolienne Une éolienne permet de transformer l'énergie cinétique du vent en énergie électrique.L’hélice d’une éolienne entre en rotation par la force du vent et permet ainsi la production d’énergie mécanique ou électrique.Pour convertir Mini projet

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l’énergie éolienne en énergie électrique le générateur va utiliser lephénomène d’induction. En effet ce dernier est composé de deux parties, une partie mobile le rotor et une partie fixe, le stator, permettant de créer un champ magnétique et de générer un courant électrique. L’éolienne est également équipée d’une girouette permettant l’orientation des pales en fonction de la direction du vent. Elle doit être également fixée solidement au sol.

b.Principaux composants d’une éolienne 1. Les pales du rotor. 2. Un rotor à faible vitesse de rotation qui transforme l’énergie du vent en énergie mécanique (le rotor comprend les pales et l’arbre principal).

3. Un arbre principal qui tourne lentement et

transmet une très grande

force de rotation au multiplicateur .

4. Le multiplicateur de vitesse constitué d’un grand nombre de roues dentées et placées dans un engrenage. Celui-ci transforme la force lente de l’arbre principal en rotation rapide pour la génératrice.

5. Un frein mécanique en cas d’urgence, lorsque les freins du bout des pales ne fonctionnent pas ou encore pour répa-rer ou faire l’entretien de l’éolienne.

6. Une génératrice qui produit de l’électricité. À l’intérieur, on trouve des aimants et une bobine autour de laquelle est enroulé un long conducteur en cuivre. Quand l’aimant tourne, l’électricité est produite dans la bobine.

7. Une unité de refroidissement qui fonctionne comme un radiateur. L’eau réfrigérante refroidit la génératrice.

8. Une girouette qui informe le système de contrôle de la direction du vent. 9. L’anémomètre qui mesure la vitesse du vent et informe le système de commande quand le vent souffle assez fort pour produire de l’électricité de manière efficace.

10. Un système de contrôle pour démarrer et arrêter l’éolienne, et pour assurer le bon fonctionnement du matériel.

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11. Une nacelle qui contient à l’intérieur toutes les composantes mentionnées ci-dessus, excepté le rotor.

12. Un système d’orientation pour assurer que l’éolienne produit autant d’électricité que possible en déplaçant le rotor de manière à ce qu’il soit toujours orienté face au vent. Ce système comprend un moteur et une couronne au-dessus de la tour.

13. Une tour qui soutient la nacelle et le rotor au-dessus du sol afin de saisir les vents à grande vitesse.

14. Une fondation pour empêcher l’éolienne de basculer par grands vents.

5.Le principe de fonctionnement d’une éolienne Sous l’effet du vent, le rotor tourne. Dans la nacelle, l’arbre principal entraîne unalternateur qui produit l’électricité. La vitesse de rotation du rotor (de 12 à 15 tours/minute) doit être augmentée par un multiplicateur de vitesse jusqu’à environ 1500 tours/minute, vitesse nécessaire au bon fonctionnement de l’alternateur.Des convertisseurs électroniques de puissance ajustent la Mini projet

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fréquence du courant produit par l’éolienne à celle du réseau électrique auquel elle est raccordée (50 Hz en Europe), tout en permettant au rotor de l’éolienne de tourner à vitesse variable en fonction du vent. La tension de l’électricité produite par l’alternateur, de l’ordre de 600 à 1000 volts, est ensuite élevée à travers un transformateur de puissance, situé dans la nacelle ou à l’intérieur du mât, jusqu’à un niveau de 20 ou 30 KV. Ce niveau de tension permet de véhiculer l’électricité produite par chacune des éoliennes d’une centrale éolienne jusqu’au point de raccordement au réseau électrique public (en France, le réseau EDF). La tension de l’électricité produite par la centrale peut alors être de nouveau transformée, en fonction du niveau de tension de raccordement de la centrale au réseau public. Pour les centrales éoliennes de 10 à 15 MW de capacité, le niveau de tension de raccordement est, en France, généralement de 20 KV. Pour les centrales de capacité plus importante, le niveau de tension de raccordement peut aller de 60 à 90 KV, voire même 225 KV.Pour pouvoir démarrer, une éolienne a besoin d’une vitesse de vent minimale, de l’ordre de 10 à 15 km/h. Et au-delà de 90 km/h, les turbines s’arrêtent de tourner. Tout d’abord, la fréquence d’occurrence des vents d’une vitesse supérieure à 90 km/h est généralement faible(inférieure à 1 %), et si les éoliennes fonctionnaient dans ces conditions, elles subiraient des efforts importants qui entraîneraient une usure prématurée de leurs équipements. Compte tenu du faible gain relatif sur la production que représente un fonctionnement par vent fort, les ingénieurs préfèrent, dans ces conditions, stopper les machines et attendre le retour de vents plus modérés et plus réguliers. Si les éoliennes ne fonctionnent pas audelà d’une vitesse de vent de 90 km/h,leurs fondations n’en sont pas moins conçues pour résister à des vents beaucoup plus importants… La puissance d’une éolienne classique est de 1 à 1,5 MW, mais les éoliennes de lanouvelle génération atteignent 2 à 3 MW et des modèles de 5 MW sont d’ores et déjà testés par les constructeurs

6.Les différents types d’éoliennes Les éoliennes se classent en deux grande familles : Les éoliennes à axe horizontal HAWT « Horizontal Axis Wind Turbine » et les éoliennes à axe vertical VAWT « Vertical Axis Wind Turbine ». Les HAWT sont les plus répandues dans l’éolien de grande puissance. Le développement des VAWT est plus récent, mais ce type de turbines connait un développement accéléré, Mini projet

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surtout pour des petites ou moyennes puissances adaptées à des applications urbaines ou domestiques. Des projets pour des VAWT de grandes puissances voient aussi le jour.

a.Les éoliennes à axe horizontal HAWT Les éoliennes à axe horizontal ont une efficacité prouvée, elles sont globalement plus performantes que les éoliennes à axe vertical, du moins pour les vents laminaires de grandes vitesses. Cependant, elles fonctionnent mal dans des vents instables ou de directions incertaines. Elles sont généralement plus bruyantes que les VAWT. Enfin leurs pales peuvent briser, elles posent donc un problème sécuritaire plus important que les VAWT. Les HAWT classiques utilisent des profils aérodynamiques et fonctionnent sur la force de portance. Les principales caractéristiques de ce type d’éoliennes : - Exploite la force de portée du vent. - Coefficient de puissance max = 45-50% - Vitesse spécifique optimale = 5 à 6 - Vitesse de démarrage = 4-5m/s

b.Les éoliennes à axe vertical (VAWT) Les éoliennes à axe vertical sont plus adaptées à une utilisation dans le milieu urbain, étant donné que leur fonctionnement est indépendant de la direction du vent, imprévisible dans cet environnement, et qu’elles sont Mini projet

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généralement plus robustes que les HAWT et moins bruyantes. La forme privilégiée pour les VAWT, du moins pour le milieu urbain, n’est pas encore bien identifiée puisque aucun modèle ne s’est encore imposé comme étant le plus performant. On peut toutefois classer Les VAWT en deux familles de turbines, le type Darrieus et le type Savonius.

b.1.Le type Darrieus Les éoliennes de type Darrieus sont constituées de deux ou trois pales à profils aérodynamiques, et fonctionnent sur la force de portance. Elles peuvent être à pales droites, troposkein ou hélicoïdales. Les principales caractéristiques de ce type d’éoliennes: - Exploite la force de portée - Coefficient de puissance max = 35-40% - Vitesse spécifique optimale = 4 à 6 - Vitesse de démarrage = 4-5m/s

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b.2.Le Type Savonius Les éoliennes de type Savonius sont constituées de deux ou trois aubes, généralement en forme de demi-cylindre et fonctionnent sur la force de trainée. Elles peuvent être à pales droites, ou torsadées. Les principales caractéristiques de ce type d’éoliennes sont le: Exploite la force de trainée Mini projet

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- Coefficient de puissance max = 15-25% optimale = 0.8 à 1

- Vitesse spécifique

- Vitesse de démarrage = 2-3m/s

b.3.Le type hybride Darrieus-Savonius Les éoliennes de type hybride Darrieus-Savonuis sont constituées de deux rotors généralement concentriques, un rotor externe de type Darrieus et un rotor interne de type Savonius. Les deux rotors peuvent aussi être montés l’un au-dessus de l’autre. Elles exploitent donc à la fois la force de trainée et la force de portée. Les principales caractéristiques de ce type d’éoliennes sont - Exploite la force de portée et de traînée - Coefficient de puissance max ≈ 20% - Vitesse spécifique optimal = 3 à 5 - Vitesse de démarrage = 2-3m/s

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7.Dimensionnement Coefficient de puissance Cp Le coefficient de puissance est un coefficient adimensionnel qui correspond au rendement aérodynamique d’une éolienne. Il est le rapport entre la puissance disponible dans le vent et la puissance développée par le rotor. (Il ne prend pas en compte le rendement du générateur):

C p=

P ωC = P max 1 ρAV ∞ 2

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()

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Ou ω est la vitesse angulaire du rotor, C le couple du rotor, et A la section balayée par le vent.

Vitesse spécifique (TSR « Tip Speed Ration ») X La vitesse spécifique est une variable adimensionnelle qui caractérise la vitesse relative du vent sur les pales. Elle est le rapport entre la vitesse tangentielle, produit de la vitesse angulaire � et du rayon R, et de la vitesse du vent non perturbé : X=

ωR V∞

Les performances des éoliennes sont le plus souvent caractérisées, de manière adimensionnelle, par la variation du coefficient de puissance �� en fonction de la vitesse spécifique �.

LISTE DES SIGLES ET ABRÉVIATIONS

.� : Coefficient de puissance

.P : Puissance (W) .� : Couple (N.m) .� : Vitesse du vent non perturbe (m/s) . � : Masse volumique (Kg/m ) .� : Vitesse angulaire (rad/s) . X : Vitesse spécifique (TSR « Tip Speed Ration ») .R : Rayon du rotor (m) �

∞

3

Le coefficient de vitesse réduite λ est un facteur spécifique des aérogénérateurs, il est défini comme le rapport de la vitesse tangentielle en bout de pales ΩRv sur la vitesse instantanée du vent Vv :

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Le coefficient Cp varie en fonction de λ :

Les performances des différents types d’éoliennes peuvent être résumées, de manière approximative, par le graphique suivant qui définit le coefficient de pression en fonction de la vitesse spécifique.

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8.Avantages et inconvénients de l’énergie éolienne a.Les avantages •

L’énergie éolienne, propre, fiable, économique , et écologique, c’est une énergie qui respecte l'environnement.

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•

Bien que ne pouvoir envisager de remplacer totalement les sources traditionnellesd’énergie, l’énergie éolienne peut toutefois proposer une alternative intéressante et renouvelable.

Elle s’inscrit parfaitement dans l’effort global de réductions des émissionsde CO2, etc… . •

L'énergie éolienne est une énergie renouvelable propre, gratuit, et inépuisable.

•

Chaque mégawatheure d’électricité produit par l’énergie éolienne aide à réduire de 0,8 à 0,9 tonne les émissions de CO2 rejetées chaque année par la production d’électricité d'origine thermique

•

Parmi toutes les sources de production d’électricité, celle d’origine éolienne subit de très loin le plus fort taux de croissance.

•

L'énergie éolienne n'est pas non plus une énergie à risque comme l'énergie nucléaire et ne produit pas de déchets toxiques ou radioactifs

•

L'exploitation de l'énergie éolienne n'est pas un procédé continu puisque les éoliennes en fonctionnement peuvent facilement être arrêtées, contrairement aux procédés continus de la plupart des centrales thermiques et des centrales nucléaires. Ceux-ci fournissent de l'énergie même lorsque que l'on n'en a pas besoin, entraînant ainsi d'importantes pertes et par conséquent un mauvais rendement énergétique

•

Les parcs éoliens se démontent très facilement et ne laissent pas de trace

•

C'est une source d'énergie locale qui répond aux besoins locaux en énergie. Ainsiles

•

pertes en lignes dues aux longs transports d'énergie sont moindres. Cette source d'énergie

•

peut de plus stimuler l’économie locale, notamment dans les zones rurales .

•

La durée de vie des éoliennes modernes est maintenant de 20 à 25 ans, ce qui est

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•

comparable à de nombreuses autres technologies de production d'énergie

•

conventionnelles.

•

C'est l'énergie la moins chère entre les énergies renouvelables , selon l’article le coût de l’éolienne à diminuer presque 90% depuis le début des années 80. Le coût de

•

l'énergie éolienne continue de diminuer grâce aux percées technologiques, à l'accroissement du niveau de production et à l'utilisation de grandes turbines .

•

Cette source d'énergie est également très intéressante pour les pays en voie de

•

développement. Elle répond au besoin urgent d'énergie qu'ont ces pays pour se

•

développer. L'installation d'un parc ou d'une turbine éolienne est relativement simple. Le

•

coût d'investissement nécessaire est faible par rapport à des énergies plus traditionnelles,

•

ce type d'énergie est facilement intégré dans un système électrique existant déjà .

•

L'énergie éolienne se révèle une excellente ressource d'appoint d'autres énergies,

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b.LES INCONVENIENTS L’impact visuel : Ca reste néanmoins un thème subjectif Des images de synthèsesont élaborées pour montrer l’impact visuel. Dans la plus grande majorité des cas, les enquêtes réalisées montrent une réelle acceptation des populations voisines ou visitantunsite éolien . •

Les bruits mécaniques ou aérodynamiques ont été réduits par l’utilisation de nouveaux profils , extrémités de pale, mécanismes de transmission etc. et ne sont plus une gêne, même proche des machines (50-60 dB équivalent à une conversation). Une distance d’environ huit fois le diamètre permet de ne plus distinguer aucun bruit lié à cette activité (< 40 dB). De plus, il faut souligner que le bruit naturel du vent, pour des vitesses supérieures à 8 m/s, a tendance à masquer le bruit rayonné par l’éolienne.

•

Les éoliennes peuvent nuire à la migration des oiseaux en étant un obstacle mortel. En effet, les pales en rotation sont difficilement visibles par mauvais temps ou la nuit. Les oiseaux peuvent alors entrer en collision avec celles-ci. Plus le parc éolien est dense plus ce risque est grand. Des lumières sur les pales peuvent réduire ce danger. Cependant, aucune étude sérieuse ne semble actuellement avoir démontré la réalité du danger pour les oiseaux .

•

La source d’énergie éolienne étant stochastique ,la puissance électrique produite par les aérogénérateurs n’est pas constante. La qualité de la puissance produite n’est donc pas toujours très bonne. Jusqu’à présent, le pourcentage de ce type d’énergie dansle réseau était faible, mais avec le développement de l’éolien, notamment dans les régions à fort potentiel de vent, ce pourcentage n’est plus négligeable. Ainsi,l’influence de la qualité de la puissance produite par les aérogénérateurs augmente et par suit, les

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contraintes des gérants du réseau électrique sont de plus en plus strictes. •

Les systèmes éoliens coûtent généralement plus cher à l’achat que les systèmes utilisant des sources d’énergie classiques, comme les groupes électrogènes à essence, mais à long terme, ils constituent une source d’énergie économique et ils demandent peu d’entretien

9.l'éolienne Nordex N29/250 kW

Pales Fabricant : LM ou équivalent Longueur : 13,4 m Matériau : Polyester renforcé de fibre de verre

Multiplicateur Type : Hélicoïdal, 3 étages Matériau : Acier ductile moulé Fabricant : Flender ou équivalent Charge nominale : 275 kW Rapport de multiplication : 1:25,422 Quantité d'huile : 180 litres

Automate Type : Automate programmable Connexion au réseau : connexion souple par thyristors Communication à distance incluse

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Génératrice électrique Puissance nominale : 250 / 45 kW Type : Asynchrone, double bobinage Vitesses de synchronisme : 1000 / 750 tr/mn Protection : IP 55

Système d'orientation Type : Orientation hydraulique Contrôle par girouette Vitesse : 0,57o par seconde

Freinage Aérodynamique : extrémité de pale pivotante, commande hydraulique Mécanique : frein à disque à commande hydraulique sur arbre rapide Nombre d'étriers du frein : 2 Temps d'arrêt à partir de la vitesse max : environ 3 secondes

Mât Type : Tubulaire conique ou treillis Hauteurs : 30, 40 or 50 m. tubulaire ou treillis Protection anti-corrosion : Tubulaire: Sablage et peinture époxy 250 my. Treillis : galvanisation à chaud.

Masses Nacelle, sans rotor ni moyeu : 12,5 t. Rotor avec moyeu : 4,3 t. Multiplicateur : 6,5 t. Génératrice : 1,8 t. Mât, 30 / 40 / 50 m. tubulaire 15 t. / 25,5 t. / 33 t. Mât, 30 / 40 / 50 m. treillis 12,5 t. / 17 t. / 23 t.

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Productions calculées pour l'éolienne Nordex N29/250 kW A partir de données de vent mesurées à 10 m (standard Météo-France) Vitesse moyenne annuelle à 10 m de hauteur.

Hauteur rotor 31,5 m.

Hauteur rotor 40,5 m.

Hauteur rotor 50,5 m.

4,00 m/sec.

275.000

299.000

321.000

4,50 m/sec.

377.000

409.000

438.000

5,00 m/sec.

488.000

527.000

563.000

5,50 m/sec.

603.000

648.000

690.000

6,00 m/sec.

717.000

768.000

815.000

6,50 m/sec.

829.000

884.000

935.000

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7,00 m/sec.

936.000

995.000

1.049.000

7,50 m/sec.

1.037.000

1.097.000

1.153.000

8,00 m/sec.

1.129.000

1.191.000

1.248.000

8,50 m/sec.

1.213.000

1.274.000

1.331.000

9,00 m/sec.

1.286.000

1.347.000

1.403.000

9,5 m/sec.

1.350.000

1.408.000

1.462.000

10,00 m/sec.

1.402.000

1.457.000

1.508.000

N29/250

Données de calcul : Densité de l'air 1.225 kg/m2, température : 15º C, Paramètre k de Weibull : 2.00.

a.Réalisation 3D Avec solidWorks

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b.Réalisation en matlabe R2008a pm=Cp

( ʎ , β )∗ρA 2 V 3 wind

Pm : Mechanical output power of the turbine (W) Cp :Performance coefficient of the turbine Ρ :Air density (kg/

m3

)

A :Turbine swept area (m²) Vwind :Wind speed (m/s) ʎ :Tip speed ratio of the rotor blade tip speed to wind speed β

:Blade pitch angle (deg)

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Cp ( ʎ , β )=c 1

(

c2 −c 3 β−c 4 e ʎi

)

−c 5 ʎi

+c 6 ʎ

Avec ʎi =

1 035 − 3 +1 ( ʎ + 0.08 β ) β

The coefficients c1 to c6 are: c1 = 0.5176, c2 = 116, c3 = 0.4, c4 = 5, c5 = 21 and c6 = 0.0068. The cp- ʎ characteristics, for different values of the pitch angle ß, are illustrated below. The maximum value of cp (cpmax = 0.48) is achieved for ß = 0 degree and for ʎ = 8.1. This particular value of ʎ is defined as the nominal value (ʎ _nom).

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Le MADA est contrôlé à suivre la courbe de ABCD dans la turbine Menu de données et les turbines électriques Caractéristiques. optimisation de la vitesse de la turbine est obtenue entre le point B et le point C sur cette courbe. Le modèle d'éolienne est un modèle qui permet de phaseur de type transitoire études de stabilité avec des temps de simulation à long terme. Dans cette étude de cas, le système est observée pendant 50 s. La ferme de 6 éoliennes est simulé par un seul bloc d'éoliennes en multipliant les trois paramètres suivants par six, comme suit: * L'éolienne mécanique puissance de sortie nominale: 6 * 1.5e6 watts, spécifié dans le menu de données de Turbine * La puissance du générateur nominale: 6 * 1,5 / 0,9 MVA (6 * 1,5 MW à 0,9 PF), spécifié dans le menu de données Générateur * Le condensateur de bus DC nominale: 6 * 10 000 microfarads, spécifié dans le menu de données Convertisseurs Le mode de fonctionnement est réglé sur la régulation de tension dans la boîte de dialogue Paramètres de contrôle. La tension aux bornes sera contrôlé à une valeur imposée par la tension de référence (Vref = 1 pu) et la chute de tension (Xs = 0,02 pu). Simulation d'une chute de tension sur le système de 120 kV Mini projet

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Maintenant observer l'impact d'une chute de tension résultant d'un défaut sur le système distant de 120 kV. Dans cette simulation, le mode de fonctionnement est d'abord la réglementation Var avec Qref = 0 et la vitesse du vent est constante à 8 m / s. Une chute de tension 0,15 pu durable 0,5 s est programmé, dans le menu de source de tension de 120 kV, de se produire à t = 5 s. Les résultats de simulation sont illustrés dans une chute de tension sur le système de 120 kV (éolien en mode règlement Var). Respecter la tension de l'installation et en cours ainsi que la vitesse du moteur. Notez que le parc éolien produit 1,87 MW. A t = 5 s, la tension tombe en dessous de 0,9 pu et à t = 5,22 s, le système de protection déclenche l'usine parce qu'un soustension durant plus de 0,2 s a été détecté (dépassant les paramètres de protection pour le sous-système de l'usine). Le courant de l'usine tombe à zéro et la vitesse du moteur diminue progressivement, tandis que le parc éolien continue de générer à un niveau de 1,87 MW de puissance. Après l'usine se est déclenché, 1,25 MW d'énergie (P_B25 mesurée à bus B25) est exportée vers les grid.Voltage Sag sur le système de 120 kV (éolien en mode règlement Var) Maintenant, le mode de contrôle de l'éolienne est changé en régulation de tension et la simulation est répétée. Vous remarquerez que la plante ne plus se déclenche pas. En effet, le maintien de la tension fournie par la puissance réactive 5 MVAR générée par les éoliennes pendant la chute de Mini projet

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tension maintient la tension de la plante audessus du seuil de 0,9 unité centrale de protection. La tension de l'usine pendant la chute de tension est maintenant 0,93 pu (chute de tension sur le système de 120 kV (éolien en mode Voltage Regulation)). Tension Sag sur le système de 120 kV (éolien en mode régulation de tension)

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