L'énergie éolienne

3. ................................... ...................................

4.  Introduction
 Généralités sur les énergies renouvelables
 Description d’une éolienne
 Energie du vent
 Transformation de l’énergie éolienne en énergie mécanique
 Branchement d’une éolienne au réseau
 Impact socio-économique de l’énergie éolienne
 Conclusion

5. L’énergie électrique est un élément crucial pour tout développement
socio-économique. Elle est devenue dans la vie quotidienne des
populations, notamment dans les pays développés, une forme
d’énergie dont on ne peut se passer
Donc la production de l’énergie électrique est importante et il est
intéressant de pouvoir trouver des solutions afin d’en produire
toujours plus mais de manière plus propre et plus durable
L’utilisation de combustibles carbonés comme base de la production
représente, du point de vue climatique, un danger aux risques
importants. De plus, la consommation d’énergie, toujours en
augmentation, fait réduire les réserves en énergies fossiles
Face à ce dilemme, il s’avère nécessaire de faire appel à des sources
d’énergie nouvelles qui seront sans conséquence pour l’homme et
l’environnement

6. Dans le cas de notre pays, on est tournées vers le solaire vu le
potentiel du pays en la matière, néanmoins, un programme de
développement des énergies nouvelles non polluantes sous toute leur
forme a été adopté
Actuellement, plusieurs pays sont déjà résolument tournés vers
l'énergie éolienne. C'est le cas de l'Allemagne, leader mondial avec
une puissance éolienne installée de 12 GW
C’est dans cet objectif que vient s’insérer
notre étude qui porte sur cette énergie
renouvelable en développement en ce
moment, qui est l’énergie éolienne

8. On considère qu’une énergie est renouvelable, toute source d'énergie
qui se renouvelle assez rapidement pour être considérée comme
inépuisable.
On trouve comme énergies renouvelables:

9. Énergie solaire
Lumière
Panneau
Photovoltaïque
Electricité

10. Énergie
hydroélectrique
Electricité
Centrale
hydraulique
Eau

11. Énergie
marémotrice
Electricité
Marée
hydrolienne

12. La biomasse
Electricité
Biomasse
Usine biomasse

13. Énergie géothermique
Electricité
la chaleur stockée
dans le sous-sol
Centrale géothermique

14. Énergie éolienne
Electricité
Eolienne
Vent

16. Un aérogénérateur, plus communément appelé éolienne, est un
dispositif qui transforme une partie de l'énergie cinétique du vent en
énergie mécanique puis en énergie électrique par l'intermédiaire d'une
génératrice

17.  L’énergie éolienne a connu un développement depuis 1995 avec une
progression moyenne de 20 % par an dans le monde.
 Le coût de production du kilowattheure a progressivement baissé pour
atteindre un niveau compétitif par rapport aux autres sources d’énergie.
 Dans l’ensemble de la puissance installée, l’Europe est le leader,
suivi par l’Amérique du Nord.

19. Eoliennes
à axe
vertical
Eoliennes
à axe
horizontal

20. Eoliennes
à axe
vertical
Eoliennes à
traînée
différentielle
(Rotor Savonius)
Variation
cyclique
d’incidence
(Rotor Darrieus)

21. les éoliennes
à axe
horizontal
Eolienne amont
(face au vent)
Eolienne aval
(derrière le
vent)

22. Le rotor
La tour
La nacelle
Le
Moyeu
Pale

23. Les éoliennes à axe horizontal sont les plus employées car :
Leur rendement aérodynamique est supérieur à celui des éoliennes à
axe vertical
L’emprise au sol qui est très faible par rapport aux éoliennes à axe
vertical
Elles ont un coût moins important

24. Eolienne amont
(face au vent)
Eolienne aval
(derrière le vent)
Exige l’utilisation
des pales rigides
pour éviter tout
risque de collision
avec la tour
Autorise l’utilisation
de rotors plus
flexibles
L’écoulement de l’air
sur les pales est peu
perturbé par la
présence de la tour
Auto-orientable
dans le lit du vent
Doit généralement
être orientée à l’aide
d’un dispositif
spécifique
L’air est plus ou
moins perturbé par
la présence de la tour

26. On retrouve l’éolienne dite individuelle installée en site isolé.
L'éolienne n'est pas raccordée au réseau, elle n'est pas reliée à
d'autres éoliennes.
Sinon les éoliennes sont regroupées sous forme de fermes
éoliennes (parc éolien), raccordées au réseau.

27. Les installations peuvent être réalisées sur terre ou de plus en
plus en mer avec les fermes éoliennes offshores où la
présence du vent est plus régulière

29. Tout comme l'énergie qui se trouve dans les combustibles fossiles,
les énergies renouvelables sont dérivées de l'énergie solaire.
Environ un à deux pour cent de l'énergie émise par le soleil est
convertie en énergie éolienne.
L’énergie cinétique contenue dans le vent est transformée en partie
en énergie mécanique par la turbine, puis en énergie électrique par
le générateur.

30.  Le vent est un sous-produit de l’énergie primaire provenant du soleil.
 Le soleil chauffe la Terre de façon inégale.
 Des endroits plus chauds que des autres.
 Dans les endroits chauds, la chaleur est transférée de la surface à l’air.
 Donc l’air chaud monte, et de l’air plus froid et plus dense prend très
vite sa place, ce qui produit un courant.
C’est ce processus qui crée le vent

31. L’énergie du vent est l’énergie cinétique de l’air qui traverse une
certaine surface S.
Une éolienne capte l'énergie cinétique du vent et la convertit en un
couple qui fait tourner les pales du rotor.

32. Trois facteurs déterminent l'énergie du vent balayée par le rotor :
 la densité de l'air
 surface balayée par le rotor
 la vitesse du vent

34. L’énergie du vent est transformée en énergie mécanique par le rotor
de l’éolienne
Le rotor de l’éolienne est composé des pales

35. Les éoliennes classiquement utilisées actuellement pour la production
électrique sont à axe horizontal et avec une hélice à trois pales à pas variable
permettant de s’adapter aux différentes conditions de vent.

37. Extrados
Intrados
L : Longueur de la pale
C : Corde de la palle

38. Vent

39. Rotation
Vent

40. Sens de
déplacement
Vent
Vent relatif
Couple

41. Du fait de la rotation de l’hélice, la vitesse circonférentielle de la pale est
différente selon que l’on se place au centre ou à l’extrémité de l’hélice.
Le profil de la pale va en s’affinant vers son extrémité. Ces deux
caractéristiques permettent à la pale de fonctionner dans des conditions
aérodynamiques semblables sur toute sa longueur.

42. Puissance du vent :
La masse d'air traversant le rotor est :
La puissance cinétique disponible sur la turbine est :

44. Si on représente la caractéristique correspondante à l'équation , on
s'aperçoit que ce ratio (coefficient de puissance Cp) présente un max de
16/27 soit 0,59 (Limite de Betz).

45. La relation de la puissance mécanique :
permet d'établir un ensemble de caractéristiques donnant la puissance disponible en
fonction de la vitesse de rotation du générateur pour différentes vitesses de vent.

46. Système à décrochage
aérodynamique "stall"
Système d'orientation
des pales "pitch"

48. La génératrice est l'élément d'une éolienne qui transforme l'énergie
mécanique en énergie électrique.

49. machines asynchrones
Machine
asynchrone à
cage d'écureuil
La machine
asynchrone à
double alimentation
(MADA) avec rotor
bobiné
Machines
synchrones
(Alternateurs)
Machines
asynchrones
(Machines à
induction)

51. La MADA avec rotor bobiné présente un stator triphasé identique à celui
des machines asynchrones classiques et un rotor contenant également un
bobinage triphasé .

52. Nous parton des équations générales de la machine asynchrone à rotor bobiné qui
s’écrivent, dans un repère triphasé, de la manière suivante :
 [Vs] et [Vr] les tensions statoriques et rotoriques de la
machine.
 [Is] et [Ir] les courants statoriques et rotoriques de la
machine.
 [φs] et [φr] les flux statoriques et rotoriques de la
machine.
 [Rs] et [Rr] les résistances des enroulements statoriques
et rotoriques de la machine.

53. Nous allons maintenant décrire la modélisation dans un repère tournant diphasé (d, q)
en utilisant les transformations de Park et de Concordia permettant la conservation
des puissances.
 Vds, Vqs, Vdr et Vqr les tensions statoriques et rotoriques directs et en quadrature du système
diphasé.
 Ids, Iqs, Idr et Iqr les courants statoriques et rotoriques directs et en quadrature du système diphasé.
 θs l’angle électrique du champ tournant statorique.
 θr l’angle électrique du champ tournant par rapport au rotor.
 φds, φqs, φdr et φqr les flux statoriques et rotoriques directs et en quadrature du système diphasé.

54.  Les interrupteurs utilisés ici sont des transistors IGBT
 Fréquence de commutation élevée
 Permet de limiter les perturbations harmoniques

55. L’objectif de notre étude est de voir l’effet de l’implantation d’un parc éolien dans le
réseau Algérien, donc on a choisi la région de Souk-Ahras comme site
d’implantation.

56. Donc on a récupéré la liste des différentes vitesses du vent de la région de Souk-
Ahras, donnée par la station météorologique, mesurées durant l’année 2008.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0
2
4
6
8
10
12
mois
v (m/s)
Jan Fév Mar Avr Mai Jui Juil Aoû Sep Oct Nov Déc
Les vitesses max mensuelles de l’année 2008

57. Et on a travaillé avec les vitesses du mois de Janvier 2008, dont les vitesses moyennes
journalières sont représenté dans ce graphe.
V (m/s)
Jour
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Vitesse du vent du mois de Janvier

58. Ces éoliennes utilisent le système de
Scherbius avec convertisseurs MLILe parc éolien qu’on va
installer, est composé
de 6 éoliennes de 1,5
MW chacune.
Moins polluant

60.  Néanmoins, la nouvelle technologie adoptée dans les éoliennes à vitesse
variable sont à base de convertisseur avec des transistors IGBT commandés en
MLI (Structure de Scherbius), permettent de limiter le mieux possible la
production des harmoniques.
 L’utilisation des interfaces d’électronique de puissance dans les systèmes
éoliens génère des perturbations harmoniques au réseau.
On veut savoir
Est-ce que le raccordement de ce système sans l’utilisation d’un moyen
de filtrage n’affecte pas le réseau électrique?

61. Parc
éolienCharge
Jeu de
barre BT
Jeu de
barre MT

62.  Le Taux de Distorsion Harmonique (THD)
 La puissance active et réactive au jeu de barre BT
 La puissance active et réactive au jeu de barre MT
 Les tensions efficaces au jeu de barre BT
 Les tensions efficaces au jeu de barre MT
 Les courants efficaces au jeu de barre BT
 Les courants efficaces au jeu de barre MT

63. 0 5 10 15 20 25 30 35
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
THD
0 5 10 15 20 25 30 35
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
THD

64. 0 5 10 15 20 25 30 35
0
1
2
3
4
5
6
P B 575
0 5 10 15 20 25 30 35
0
1
2
3
4
5
6
P B 575

65. 0 5 10 15 20 25 30 35
-0.14
-0.12
-0.1
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0
Q B 575
0 5 10 15 20 25 30 35
-0.12
-0.1
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0
Q B 575

66. 0 5 10 15 20 25 30 35
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
P B 25
0 5 10 15 20 25 30 35
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
P B 25

67. 0 5 10 15 20 25 30 35
-0.25
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
Q B 25
0 5 10 15 20 25 30 35
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
Q B 25

68. 0 5 10 15 20 25 30 35
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Va eff B 575
0 5 10 15 20 25 30 35
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Va eff B 575

69. 0 5 10 15 20 25 30 35
0.706
0.707
0.708
0.709
0.71
0.711
0.712
0.713
Va eff B 25
0 5 10 15 20 25 30 35
0.7065
0.707
0.7075
0.708
0.7085
0.709
Va eff B 25

70. 0 5 10 15 20 25 30 35
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
Ia eff B 575
0 5 10 15 20 25 30 35
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
Ia eff B 575

71. 0 5 10 15 20 25 30 35
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
Ia eff B 25
0 5 10 15 20 25 30 35
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
Ia eff B 25

72. Donc on constate que malgré la
légère dégradation des signaux, on
préfère l’utilisation d’un filtre, pour
permettre à l’éolienne de produire
une énergie électrique de meilleure
qualité.

74. L’implantation d’un nouveau parc éolien, que se soit sur terre ou sur mer,
doit être munie par des études préliminaires très approfondies :
Impact sur le milieu
naturel
Le bruit et les émissions
sonores
L’intégration paysagère
la sécurité des
installations

75. Le développement de l’éolien s’inscrit dans le cadre de
la promotion des énergies renouvelables, face aux
dangers que représente à l’échelle planétaire le recours massif aux
énergies fossiles.
D’autre part l’énergie éolienne bénéficie d’une façon générale
d’une bonne image auprès du public malgré les oppositions locales
qui naissent fréquemment autour des projets pour des motifs
environnementaux.
En fait, l’éolien industriel qui aujourd’hui ne s’impose toujours pas
économiquement, voit son développement lié aux politiques plus ou
moins incitatrices propres à chaque pays, ce qui conduit à des
situations très contrastées d’un pays à un autre.