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2 Dimensionnement aérodynamique des rotors d’éolienne de force et sa direction La portance et la trainée sont connues par les résultats expérimentaux par exemple dans les tables NACA Ces résultats sont présentés sous forme adimensionnelle : 2 2 l V R C z d ? = ? (2 8 ) 2 2 l V R C x l ? ? = ? (2 9) où : ? : densité du
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ème Cours N°5: L’ENERGIE EOLIENNE
Ordre de grandeurs (valable pour une petite éolienne): 4 m/s 162 km/h vitesse d'amorçage 6 m/s 216 km/h Vitesse limite inférieure permettant d'exploiter une éolienne 8 m/s 30 km/h vitesse idéale pour installer une éolienne 15 m/s 55 km/h Vitesse de pleine production
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2 Constitution d’une éolienne 2 1 Principe Les éoliennes permettent de convertir l’énergie du vent en énergie électrique Cette conversion se fait en deux étapes : - au niveau de la turbine qui reçoit une partie de l’énergie cinétique du vent disponible pour la convertir en énergie mécanique ;
Comment calculer une éolienne ?
Le tableau 1 contient les variables d’entrée générales de l’éolienne : nombre de pales, rayon de l’éolienne, vitesse du vent à l’optimum, vitesse du rotation du rotor, densité de l’air et puissance nominale. Ces valeurs sont fixes pour tout le calcul pour une éolienne déterminée.
Comment calculer le rotor optimal d’une éolienne ?
Exemple du calcul de rotor optimal Pour illustrer l’usage de cette théorie on va considérer une éolienne de100 KW de puissance nominale. L’éolienne a 3 pales et fonctionne avec un coefficient « ? » égal à 6. La densité de l’air est de 1,25 kg/m 3 et la vitesse du vent optimale pour cette éolienne est 9 m/s.
Comment fonctionne le sillage d’une éolienne ?
INTRODUCTION Le sillage d’une éolienne se compose d’un écoulement à pression génératrice différente de celle de l’écoulement amont. Dans un écoulement de fluide parfait, la discontinuité de pression génératrice peut se représenter par une nappe tourbillonnaire.
Quelle est la puissance de l'eolienne ?
A1 DIMENSIONNEMENT DE L'EOLIENNE A1.1 Analyse de la documentation technique Multiplicateur 690 V Génératrice 1515 tr.min-1 Caractéristiques de la production électrique : Vitesse minimale du vent : 15 km/h Vitesse maximale du vent : 90 Km/h A1.2 Puissance mécanique d’éntrée : P = 660 / 0,9 * 0,96 P = 753,5 kW
Machines motrices
Turbines à air
gunt 2Connaissances de base
Turbines éoliennes
Les turbines éoliennes font partie des turbomachines motrices. La turbine est une partie de l"installation dans laquelle l"énergie cinétique du vent est transformée en énergie mécanique par un rotor. L"énergie mécanique entraîne un générateur qui produit alors de l"électricité. La transmission de l"énergie du vent sur le rotor est assurée par les forces aérodynamiques s"exerçant sur les pales. À la différence p. ex. des turbines hydrauliques, la turbine éolienne ne dispose pas de distributeur qui accélère l"écoulement d"air et assure un écoulement incident optimal sur le rotor.Les pales d"une turbine éolienne ressemblent beaucoup aux voi- lures des avions. Le succès de la turbine éolienne a donc été largement conditionné par le développement de profi ls aérody- namiques à faible résistance pour les avions.Dimensionnement d"une turbine éolienne
Pour dimensionner une turbine éolienne, il faut connaître la densité de puissance du vent. La puissance de la turbine éolienne ainsi
que le TSR (tip-speed ratio en anglais) sont également décisifs pour le dimensionnement.Puissance de la turbine éolienne
Les formules ci-dessus se rapportent à la puissance entrante du vent, avant l"arrivée du vent sur la turbine éolienne. Si l"on inclut la surface du rotor balayée par le vent A R , on peut calculer avec la densité de puissance p, de manière approximative, la puis- sance P de la turbine éolienne à une vitesse du vent v donnée. L"énergie cinétique de l"écoulement d"air ne peut pas être inté- gralement exploitée. L"écoulement d"air/vent atteint la surface du rotor à la vitesse v 1. On a alors un refoulement d"air, qui entraîne une baisse de la vitesse d"écoulement et déporte une
partie de l"affl ux d"air. Selon la loi de Betz, pour des raisons liées à la mécanique des fl uides, cette valeur ne peut dépasser un ratio de 16/27 ou59,3%. Cela est pris en compte par le coeffi cient de puissance
sans dimension c p . Il donne le rapport entre la puissance utilisée et la puissance incidente du vent et correspond au rendement de la turbine éolienne. Le coeffi cient de puissance réel c p dépend de la turbine et atteint dans le meilleur des cas 0,4 à 0,5. Puissance de la turbine éolienne: P puissance, A R surface du rotor, c p coeffi cient de puissance, p densité de puissancecoupe transversale A R du rotor v 1 v 2E énergie, m masse, v vitesse du vent, ρ
L densité de l"air, e teneur en énergie spécifi que du vent, p densité de puissanceDensité de puissance du vent
Dans la pratique, il est avant tout intéressant de savoir quelle puissance la turbine éolienne fournit à quelles forces de vent.
Afi n de déterminer le bon dimensionnement de la turbine éolienne, il faut étudier les conditions de vent sur place et calculer
la teneur en énergie ou la densité de puissance du vent. La formule générale de détermination de l"énergie cinétique d"un fl uide en écoulement est la suivante: La densité de l"air permet de défi nir la teneur en énergie spécifi que e.Cette dernière dépend du volume d"air.
On peut en déduire la densité de puissance p. Du point de vue de la physique, la densité de puissance correspond à une puissance par unité de surface. E = 12· m · v
2 e = 1 2· L· v
2 p = 1 2· L· v
3 P = A R ·c p·p0 2 4 6 8 10 12 14 16 180,6
0,5 0,4 0,3 0,2 0,10TSR (tip-speed ratio en anglais)
Les turbines éoliennes sont caractérisées par leur forme et le nombre de leurs pales. La forme et la construction des pales déterminent le TSR de la turbine. Le TSR λ correspond au rap- port entre la vitesse circonférentielle u et la vitesse du vent v dans la direction axiale. TSR Les vitesses sont celles observées en bout de pale. w est l"écou- lement incident correspondant sur la pale. Les turbines éoliennes modernes sont dimensionnées pour être des turbines rapides, tandis que le rotor Savonius ou la roue à vent américaine sont des turbines lentes. Plus le TSR est élevé, plus le profi l aérodynamique de la pale doit être performant. Sinon les forces de traînée vont refaire baisserles coeffi cients de puissance potentiellement élevés. Le rotor à 3 pales s"est imposé comme solution optimale, également du point
de vue des oscillations. Les rotors dont la turbine est très rapide ont des rendements relativement faibles. Coeffi cient de puissance en fonction du tsr pour différentes turbines éoliennes comparé à la valeur idéaleλ TSR, u vitesse circonférentielle,
v vitesse du vent, w écoulement incident effectif résultantTip-speed ratio en anglais
rotor Savoniusroue à vent américaine
moulin à vent hollandais
rotor à axe vertical (rotor Darius) rotor à 3 pales rotor à 2 pales rotor à 1 pale coeffi cient de puissance théo- rique d"une turbine éolienne idéaleTSR λ
coeffi cient de puissance c p ventw w u uv v turbine lente u < vturbine rapide u > v u v115114
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