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BTS électrotechnique 1ére année
Eléments de corrigé éolienne
Page 1
ANALYSE ECONOMIQUE DU PARC EOLIEN
Produits d"exploitation Charges d"exploitation
Energie fournie (MWh) 10 000 Coût annuel d"exploitation 120Tarif d"achat (€/MWh) 82
Chiffre d"affaires annuel des
ventes d"énergie (k€)820 Excédent brut d"exploitation (k€) 700Coût de l"investissement
(k€)Temps de retour
sur investissementConclusion4260 4260/700 = 6 ans
Compte de résultat Valeur (en k€) JustificationChiffre d"affaires 820Excédent brut d"exploitation 700Dotation aux amortissements -213 4260 / 20 = 213Résultat d"exploitation 487 700 - 213 = 487Résultat financier -35 480*0,068Résultat exceptionnel 0Impôts sur les sociétés -149 (487-34) x 0,33 = 149Résultat net303 487 - 35 - 149 = 303Rentabilité économique Calcul Conclusion
7,1% 303 / 4260 = 0,071Le projet est rentable puisque le temps de retour sur investissement (6 ans) est inférieur à la durée de vie du
matériel (20 ans)La rentabilité de cet investissement est bonne. Mais cette rentabilité correcte n"a pu être obtenue qu"au prix d"une
survalorisation du coût d"achat de l"énergie éolienne par E.D.F. qui, perd de l"argent sur chaque kWh acheté. La
question est posée de la durabilité de telles mesures. BTS électrotechnique 1ére année Eléments de corrigé éolienne Page 2DIMENSIONNEMENT DE L"EOLIENNE
Analyse de la documentation technique
Caractéristiques de la production électrique :Vitesse minimale du vent :
15 km/h
Vitesse maximale du vent : 90 Km/h
Puissance mécanique d"entrée :
P=660/0,9*0,96
P = 753,5 Kw
Dimensionnement du disque éolien
Surface du disque éolien :
Cp = 0,26
S = 2 P / ( C p * p * v
3)S=2 * 753 500 /( 0,26 * 1,225* 13,89
3)S = 1766 m2
Diamètre du disque éolien :
S = πD2/4
D = 47,42 m
BTS électrotechnique 1ére année Eléments de corrigé éolienne Page 3Caractéristiques de puissance
BTS électrotechnique 1ére année Eléments de corrigé éolienne Page 4COMPENSATION D"ENERGIE REACTIVE
C.1. A partir des caractéristiques techniques de la génératrice (voir présentation) : CALCULER la puissance active (Pa) débitée par la génératrice.Pa = 660kW
CALCULER les valeurs du rapport tgj = Qa/PA et de la puissance réactive absorbée par la génératrice (Qa). cosj = 0,88 tgj = 0,54Qa = Pa x tgj = 356kVAR
C.2. Dans le respect de la réglementation en vigueur, on désire obtenir un rapport Qa/Pa égal à 0,4. DETERMINER la puissance réactive Qc qu"on doit fournir à la machine pour remplir cette condition. Energie réactive absorbée tolérée : 660kW x 0,4 = 264kVAR Energie réactive à fournir à la machine : 356kVAR - 264kVAR = 92kVAR C.3. Le constructeur équipe ses génératrices d"une batterie de condensateurs de250 kVAR (voir DT D3). DETERMINER le rapport Qa/Pa de l"ensemble
génératrice / batterie de condensateurs ainsi constitué. CONCLURE sur le respect de la réglementation. Energie réactive absorbée par l"ensemble génératrice/batterie de condensateurs :356kVAR - 250kVAR = 106 kVAR
D"où Qa/Pa = 106 / 660 = 0,16 < 0,4 : la réglementation est respectée. C.4. On insère en parallèle avec la génératrice, la charge capacitive triphasée de250 kVAR prévue par le constructeur. La charge, supposée parfaite, est câblée
en étoile. DESSINER le schéma de principe multifilaire de l"ensemble ainsi câblé. BTS électrotechnique 1ére année Eléments de corrigé éolienne Page 5 CALCULER l"intensité du courant IRES débité par l"ensemble machine asynchrone / charge capacitive. Pour l"ensemble machine asynchrone / charge capacitive, la puissance apparente est : S = Ö (P² + Q²) = Ö (660² + 106²) = 668kVAS = Ö3 * U *Ires
Ires = 668kVA / (Ö3*690V) = 559A JUSTIFIER le couplage retenu par le constructeur d"un point de vue technologique. Couplage étoile : Tension aux bornes des condensateurs plus faible (mais capacité plus grande qu"en triangle d"où augmentation du volume de la batterie). INCIDENCE DE LA COMPENSATION D"ENERGIE SUR LE CHOIXDES CABLES.
C.5. La liaison entre l"ensemble génératrice asynchrone / batterie de condensateur et le transformateur élévateur est réalisée par un câble aluminium multipolaire à isolant élastomère synthétique de longueur 50 m. À partir du tableau définissant l"intensité admissible en régime permanent dans les liaisons basse tension (documents techniques DTD1). CHOISIR et COMPARER la section à utiliser pour cette liaison suivant que la génératrice est équipée ou non de la batterie de condensateurs. Si la génératrice n"est pas équipée de condensateurs, la puissance apparente est : S = Ö (P² + Q²) = Ö (660² + 356²) = 750kVAS = Ö3 * U *Ires
Ires = 750kVA / (Ö3*690V) = 627ALa section de câble est de 500mm²
BTS électrotechnique 1ére année Eléments de corrigé éolienne Page 6 Si la génératrice est équipée de condensateurs, Ires = 559A.La section de câble est de 400mm²
ETUDE D"EQUIPEMENT.
C.6. La compensation d"énergie est réalisée par 4 " gradins de condensateurs »,insérés dans le circuit en fonction la puissance délivrée au réseau par la
génératrice (voir schéma électrique de l"éolienne DT D2). C"est un dispositif de contrôle permanent du facteur de puissance qui pilote l"insertion des gradins. Il vise à maintenir un facteur de puissance proche de 0,98. COMPLETER le tableau récapitulatif de la puissance réactive à fournir à la génératrice pour respecter les conditions ci-dessus. (On considèrera que le facteur de puissance de la génératrice asynchrone est constant sur la plage de vitesse considérée).Puissance réactive absorbée :
tgj x Puissance utile délivréePuissance réactive tolérée :
tg(acos0,98) x Puissance utile délivrée = 0,2 x Puissance utile délivréePuissance réactive à compenser :
(tgj - 0,2) x Puissance utile délivrée A partir des caractéristiques des différents gradins disponibles (voir DT D4), DETERMINER la constitution des quatre gradins qui permettront de réaliser au mieux la compensation d"énergie souhaitée.1 gradin de 120 kVAR
1 gradin de 60 kVAR
1 gradin de 40 kVAR
1 gradin de 30 kVAR
C.7. La mise sous tension des gradins de condensateur est réalisée par des contacteurs. Des inductances de chocs, dimensionnées de telle sorte que les courants d"appel soient limités sont insérées en série avec chaque bloc de condensateurs.À partir des choix
effectués précédemment, INDIQUER la référence des contacteurs permettant la mise sous tension des gradins à une température ambiante de 30°C (voir DT D5). q < 40°C, U=690V gradin de 30kVAR contacteur LC1D32 gradin de 40kVAR contacteur LC1D50 gradin de 60kVAR contacteur LC1D80 gradin de 120kVAR contacteur LC1D115 Puissance utile délivrée (kW) Puissance réactive nécessaire (kVAR)100 33
200 67
300 101
400 135
500 168
600 202
660 250
BTS électrotechnique 1ére année Eléments de corrigé éolienne Page 7Schéma de câblage
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