Cours_Energies Renouvelables

Historique

   Ce sont les pécheurs qui furent les premiers à utiliser l'énergie de vent afin de déplacer leurs embarcations sur les mers. Au V^ème siècle Av JC, les Perses se servaient des éoliennes pour irriguer leurs champs (roues à aube). Il faut attendre le VII^ème siècle pour voir apparaître des moulins à vent pour moudre le blé. La production d'électricité à partir d'éoliennes est apparue dans le milieu des années 1970 suite au premier choc pétrolier. Ce type d'éolienne est appelé aérogénérateur.

Définition de l’énergie éolienne

L’énergie éolienne est celle tirée du vent. Elle est produite au moyen d’un dispositif appelé aérogénérateur comme une éolienne ou un moulin à vent. L’énergie éolienne peut être utilisée de deux manières :

La conservation de l’énergie mécanique où le vent est utilisé pour faire avancer un véhicule (navire à voile ou char à voile), pour pomper de l’eau (moulins de Majorque) ou pour faire tourner la meule d’un moulin.

La transformation en énergie électrique : l’éolienne est couplée à un onduleur électrique pour fabriquer du courant continu ou alternatif. Il est relié à un réseau électrique ou bien fonctionne de manière autonome avec un générateur d’appoint ou une batterie.

Principe physique

L'aérogénérateur utilise l'énergie cinétique du vent pour entraîner l'arbre de son rotor : cette énergie cinétique est convertie en énergie mécanique qui est elle-même transformée en énergie électrique par une génératrice électromagnétique solidaire au rotor. Les composantes d’un aérogénérateur.

Les différents types d’aérogénérateurs

Les éoliennes à axe vertical

Les éoliennes à axe vertical sont les premières structures développées pour produire de l’électricité en contradiction avec le traditionnel moulin à vent à axe horizontal. Elles possèdent l’avantage d’avoir les organes de commande et le générateur au niveau du sol donc facilement accessibles.

Les Eoliennes à axe horizontale

Les éoliennes à axe horizontal sont les plus utilisées. Les différentes Constructions des aérogénérateurs utilisent des voilures à deux, trois ou plusieurs pales. Ce type de turbines doit toujours être orienté face au vent Par comparaison à la turbine à axe vertical, pour la même vitesse de vent, les éoliennes à axe horizontal sont capables de produire plus d'énergie grâce à un meilleur coefficient de puissance.

Eolienne à vitesse constante (FIX)

Sont souvent munies d’un système d’orientation de pales permettant à la génératrice
et d’être connectée directement au réseau sans dispositif d’électronique de puissance.

Avantages :

·         Système électrique simple-Grand fiabilité

·         Non nécessité de systèmes électrique de commande

Inconvénients :

·         Une puissance extraite non optimale : Ce type d’éoliennes n’offre quasiment pas de possibilité de réglage de la puissance générée.

·         L’absence de gestion de l’énergie réactive par le générateur

Eoliennes à vitesse variable

Sont souvent moins coûteuse car le dispositif d’orientation des pales est simplifié. Les pales se caractérisent principalement par leur géométrie dont dépendront les performances
aérodynamiques et les matériaux dont elles sont constituées (la fibre de carbone

Avantage :

L’utilisation de convertisseurs de puissance « complexes » demeure son principal inconvénient.

Les composantes de l'aérogénérateur

1. Les pales : ce sont les capteurs de l'énergie cinétique qui transmettent l'énergie au rotor. Leur profil est le fruit d'études aérodynamiques complexes.
2. Le moyeu : il est pourvu d'un système qui permet d'orienter les pales pour réguler la vitesse de rotation
3. L'arbre primaire (ou arbre lent) : il relie les pales au multiplicateur.
4. Le multiplicateur : il permet de réduire le couple et d'augmenter la vitesse. C'est l'intermédiaire entre l'arbre primaire et l'arbre secondaire.
5. L'arbre secondaire : il amène l'énergie mécanique à la génératrice. Il est équipé d'un frein à disque mécanique qui limite la vitesse de l'arbre en cas de vents violents.
6. Le générateur électrique : il assure la production électrique. Sa puissance peut atteindre jusqu'à 5 MW. Il peut-être une dynamo (produit du courant continu) ou un alternateur (produit du courant alternatif). L'alternateur est le plus utilisé pour des raisons de coût et de rendement.
7. Le mât : c'est un tube en acier, pilier de toute l'infrastructure. Sa hauteur est importante : plus elle augmente, plus la vitesse du vent augmente mais en même temps le coût de la structure augmente.
8. Le système d'orientation de la nacelle : c'est une couronne dentée équipée d'un moteur qui permet d'orienter l'éolienne et de la verrouiller dans l'axe du vent grâce à un frein.
9. Le système de refroidissement : il est à air, à eau ou à huile et destiné au multiplicateur et à la génératrice.
10. Les outils de mesure du vent : girouette pour la direction et anémomètres pour la vitesse.
11. Le système de contrôle électronique : il gère le fonctionnement général de l'éolienne et de son mécanisme d'orientation.
12. Au pied du mât se trouve un transformateur.