[PDF] Modélisation et mise en oeuvre dune chaîne de production

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lm 'Hup[Lor lm yop'[urspa 'éHlurosusrH R

Chapitre 1 5 Energie éolienne 5 De la décou

erte la production d'électricité

Page 11

I.1Histoire et premières applications : Les moulins à vent

0RGqOHGHSDQpPRQH3HUVH

YHQWGH+pURQ6RXUFH

Chapitre 1 5 Energie éolienne 5 De la décou

erte la production d'électricité

Page 12

I.2Développement de l'éolien électrique

Chapitre 1 5 Energie éolienne 5 De la décou

erte la production d'électricité

Page 13

(ROLHQQH/\NNHJDUG

PqWUHVGHGLDPqWUHSRXUN:

6RXUFH

Chapitre 1 5 Energie éolienne 5 De la décou

erte la production d'électricité

Page 14

3KRWRJUDSKLHRIILFLHOOHGHO

pROLHQQHGH1RJHQWOH5RL

Chapitre 1 5 Energie éolienne 5 De la décou

erte la production d'électricité

Page 15

I.3Pertinence du choix éolien

I.3.1

Le vent est-il prévisible ?

I.3.2 Le bilan carbone d'une éolienne est-il significatif ? I.3.3 L'éolien peut-il se substituer aux autres moyens de production ? I.3.4 Les éoliennes perturbent-elles la stabilité des réseaux électriques ?

Chapitre 1 5 Energie éolienne 5 De la décou

erte la production d'électricité

Page 16

I.3.5

L'éolien présente t-il un danger ?

I.3.6 Quelles dimensions pour les éoliennes à venir ?

Chapitre 1 5 Energie éolienne 5 De la décou

erte la production d'électricité

Page 17

(YROXWLRQGHODWDLOOHGHVpROLHQQHVHQDQV

Chapitre 1 5 Energie éolienne 5 De la décou

erte la production d'électricité

Page 18

6RXUFH

6RXUFH

I.4Développement de l'éolien au niveau mondial I.4.1 Position de l'éolien dans la demande énergétique mondiale

Chapitre 1 5 Energie éolienne 5 De la décou

erte la production d'électricité

Page 19

olooolooolooo

2883 2889 2882 288: 288; 2880 288< 2818 2811 2812

Eolien

IrdArt = qd-q Amm-tM qAtm-dd. q= mqmrEM mqE tr d-"d mq=-tmqd q#rt= q tqi% eIt EA q&'=Er1.d MEA2 qtrtqE E.m t. c

6RXUFH

6RXUFH

I.4.2Croissance de l'éolien comparée aux autres énergies renouvelables I.4.3

Acteurs du marché mondial de l'éolien

Chapitre 1 5 Energie éolienne 5 De la décou

erte la production d'électricité

Page 20

I.5Développement de l'éolien européen et français I.5.1 Evolution et perspectives de développement de l'éolien au sein de l 'union européenne

6RXUFH

olooolooolooo o looolooolooo

UE #shore

IrdArt q E.AmArtq= qMErAmm-tM q= qd-q Amm-tM qAtm-dd. q.rdA tt q-qm Atq= qd*+Iq tqi% e,r# -E-Amrtq- Mqd-q Amm-tM qAtm-dd. q#rt=A-d c

Chapitre 1 5 Energie éolienne 5 De la décou

erte la production d'électricité

Page 21

Allemagne

2<8;1

31CEspagne

2129;

23CItalie

:0;0 ;C-E-tM P/0 /1@-+ :900 ;C>ortugal 9381

2CDanemarE

3<221

9C>ays-+as

231:

2CSuFde

20<<

3CIrlande

122;

2C@rFce

1:39 2C >ologne 1:1: 2C

Autriche

1803:

1C+elgique

18:< 1C Reste 20301
3C

6RXUFH

I.5.2

Situation de l'éolien en France

me TTR bbtuDaplpes

Hplsaa

Ero[ur[o

r u paLoispa léHaoes Chapitre 2 5 Technologie éolienne 5 Structure et con ersion de l'énergie

Page 23

6RXUFH0RQWDJHLVVXGHSOXVLHXUVVRXUFHVII.1Constitution mécanique d'une éolienne à axe horizontal

Chapitre 2 5 Technologie éolienne 5 Structure et con ersion de l'énergie

Page 24

II.1.1

La Nacelle

II.1.2

Le rotor

II.1.3

La tour

7\SHVGHIRQGDWLRQSRXUpROLHQQHRIIVKRUH

6RXUFH

胉‡mmtmw

cS rO˜‡é tI -Ö-â-ß-â-g-g-K ...‹Iae...‘Ž t' -Ö-Ü-á-C-Ö-â-ß DLd8 dt c†éμ Chapitre 2 5 Technologie éolienne 5 Structure et con ersion de l'énergie

Page 26

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Pcolonne Ecin-col

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0121

2..*+,-3=0

0121

2. ." .# .*+,-3

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2. . #.*+,-4.0

01" 56789 0

01"=*+, 4

Pcolonne

/=1

2. .#.*+,:

II.2.2

Puissance de vent récupérable - Limite de Betz

Pcolonne

PTURB CpCp

AB=/CDEF

/= /CDEF 1

2. .#.*+,:

Dvair S1S2 S2SS/ ?61? ?61?7 ?61Ird qet Chapitre 2 5 Technologie éolienne 5 Structure et con ersion de l'énergie

Page 27

H7I&J= 1 . *1+,= . *+,= 2 . *2+,

S2 K S1 V2VENT M V1VENT

FTURB

OCDEF=#. . *+,.P *1+,Q *2+,)

PTURB /CDEF=OCDEF. *+,=#. . *+,-.P *1+,Q *2+,) S1S2 PTURB /CDEF=1

2#. . *+,.P *1+,-Q *2+,-)

*+,= *1+,S *2+, 2

CpT = U-VWXY

UZ VWXY

AB=/CDEF

1

2#. . *+,.P *1+,-Q *2+,-)

1

2. .#.*+,:= 1

2 .P1Q T-) .P1ST)

AB = [PT)

= 1/3AB_6T = 16 /27 = 0,593 Chapitre 2 5 Technologie éolienne 5 Structure et con ersion de l'énergie

Page 28

Cp = f Px)x= V2VENT / V1VENT

II.2.3

Valeurs pratiques du coefficient de puissance en fonction du type de t urbine f g=Ω,iJj .k

K\EAB = [Pg)

RΩturmVvent

AB nIo fgp, AB nIo≈ 0,4s gp,≈ 7 Ωturm R Vvent Chapitre 2 5 Technologie éolienne 5 Structure et con ersion de l'énergie

Page 29

Cp=fPf)

II.3Régulation de puissance

AB= [ Pg)

Cpf Cp

II.3.1

Dispositif actif de calage d'angle des pales (Pitch Control) Chapitre 2 5 Technologie éolienne 5 Structure et con ersion de l'énergie

Page 30

AB= [ P g ,t )

u uCp

AB = [

P g ,t )

AB=vP0,5Q0,0167) PtQ2)wsinyz PgS0,1R

18,5Q0,3 PtQ2R{Q0,00184 PgQ3RPtQ2R

Cpλu

AB = [

PgR gp, u=8|

ABnIo≈ 0,18

II.3.2

Dispositif passif de décrochage aérodynamique (Stall Control) Chapitre 2 5 Technologie éolienne 5 Structure et con ersion de l'énergie

Page 31

II.3.3Dispositif actif de décrochage aérodynamique (Active Stall Control)

II.3.4

Dispositifs spécifiques montés sur pale

II.4Types de générateurs électriques

Chapitre 2 5 Technologie éolienne 5 Structure et con ersion de l'énergie

Page 32

\j\K>@ j{II.4.1Générateur à base de machine asynchrone à cage (MAS) - Système olien à vitesse fixe ωx1888 ΓE5 Courant de démarrageMqIt--tAEtAdDIfIqDeASIdLqeV E olution du courant E olution du coupleΓeΓe5 Courant nominal Chapitre 2 5 Technologie éolienne 5 Structure et con ersion de l'énergie

Page 33

\jE\K>@\ Ns p @=3 @=2 I I.4.2 Générateur à base de machine synchrone (MS) - Système éolien à v itesse variable

胉‡mmumv

TX•

rX" Chapitre 2 5 Technologie éolienne 5 Structure et con ersion de l'énergie

Page 35

II.5Stratégie de commande d'une éolienne à vitesse variable base de MADA - M.P.P.T. et étapes de fonctionnement

II.5.1

Principe de M.P.P.T.

V hCDEF~ f@ Cpmax

ΩCDEF~=gp,.*U€C.

k

ΩCDEF~

Cpmax

II.5.2

Etapes de fonctionnement d'une éolienne à vitesse variable u1

AB = [ P g,tZ R

Cpmax u1u2 u2uxAB = [ P g,to R Cpmax Chapitre 2 5 Technologie éolienne 5 Structure et con ersion de l'énergie

Page 36

ux 2 u1 f ]u1 I u1 u2?@ Chapitre 2 5 Technologie éolienne 5 Structure et con ersion de l'énergie

Page 37

p=2 r k me -R bbbHplsaa mi <4 4 Chapitre 3 çR-r6'lsinTsr5R6dc5gR90nè5gR6gRotr6c9Tsr5R'rlsg55gRbRInigR6gR-îhîR *I 3- C0 $C Rf-Lf Chapitre 3 çR-r6'lsinTsr5R6dc5gR90nè5gR6gRotr6c9Tsr5R'rlsg55gRbRInigR6gR-îhîR +I 3

3 AB= [ P g R

?@mGe = 0,35λopt = 7 0

PVVENT M 5 m/sR

P5 m/s M VVENT M 13 m/sR

λopt = 7

2#3" .4 +.

v nmcoloBcsiin59gR5ras5nlgR6gRlnR-îhîyzzz * mraItgR6gRonstgiR6gRo+lgiF U n mcolo(sTgiigRip590tr5gR6gRlnR-îhîRg5RTtJas5?Qzz TtJas5 mcolo(sTgiigRn5xclnstgRip590tr5gR6gRlnR-îhî?Q- tn6Ji v

2g5isr5R5ras5nlgRontRo0nigRiTnTrts1cgFyz (

r =5Tg5isT'R5ras5nlgRontRo0nigRiTnTrts1cgf.? î f

ô'isiTn59gRiTnTrts1cgR6/c5gRo0nig?.MN

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p=56c9Tn59gRacTgllgR9p9ls1cgRiTnTrt3trTrtQM.-? aé f x»fô'isiTn59gRar6'lsin5TRlgiRogtTgiR6n5iRlgREgt ?VVV !-rag5TR6/s5gtTsgR6giRontTsgiRTrct5n5Tgi z.zyV?QλxAa_

LOHrgEEs9sg5TR6gREtrTTgag5TR si1cgc:z.zzFz

HrcolgRt'iclTn5TR6giREtrTTgag5TiRig9iz.fyMM mAa

Chapitre 3 çR-r6'lsinTsr5R6dc5gR90nè5gR6gRotr6c9Tsr5R'rlsg55gRbRInigR6gR-îhîR +I

PL; K 13 m/sR

3! 3$D0 E Cpmax

Cpmax = 0,35 f@ = `

f

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5 :d0:2D

R18C Chapitre 3 5 Modélisation d'une chane de production éolienne base de MADA

Page 42

AB= [ P g R

III.2.3

Calcul du rayon des pales et du rapport de multiplication /CDEF=1

2.z.k-.#.*+,:.AB

GΩTURB

ΩMADA

λRGVvent

ˆ.*U€C

Chapitre 3 5 Modélisation d'une chane de production éolienne base de MADA

Page 43

"R Cpmax

PN-MADA

ΩMADA = 20r G\x hM = 20r G\x/‰J,,n, N k=‘/CDEF .2 z .#.*+,:.ABnIo=‘3255,60 .2 z .1,225.13:.0,35q1,r83 = hM f@ gp,.*= 20r .1,r83 `.13q3,32 =83

2r#3A" dd.4-d E+tA.

R Rayon dOune pale1903

@ G 117M
Chapitre 3 5 Modélisation d'une chane de production éolienne base de MADA

Page 44

III.3Modélisation de la turbine

J MECA

ΓEM-MADA

VVENT ΩMADA

R ΓEM-MADA

G J

ΩTURB Γvisqlelx

ΓTURB fv

ΓMECA ΓSEC

Chapitre 3 5 Modélisation d'une chane de production éolienne base de MADA

Page 45

III.4Modélisation de la MADA en vue de sa commande v ectorielle

DDD*2,

4 tIII*/

DDD*9p

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