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Aérogénérateur
Introduction L’éolien rapide ou aérogénérateur est, en général, utilisé pour la production d’électricité. La pièce majeure de l’aérogénérateur est le rotor, comparable à une hélice qui comporte deux ou trois pales, bien que réaliser deux pales soit plus simple et plus économique que construire trois pales. Une hélice tripale est préférable pour limiter le risque de vibration. En effet, les deux pales face à face ont une fâcheuse tendance à amplifier mutuellement les vibrations auxquelles elles sont soumises. Les pales ayant un profil aérodynamique sont réalisées en bois stratifié ou, de plus en plus, en matériaux composites. Le profil est constant sur toute la longueur et la largeur de la pale sur une distance qui est de l’ordre du 10ème de sa longueur totale. Les trois pales sont fixées sur un moyeu monté sur des roulements qui est, lui-même, fixé au sommet d’un pylône sur un même bâti (nacelle) qui doit s’orienter au vent. Avec une transmission électrique et l’utilisation de technologies de pointe, l’aérogénérateur est un matériel relativement nouveau dont la production industrielle s’est nettement développée ces dernières années.
Principe de fonctionnement d’un éolien : L’énergie cinétique contenue dans le vent est captée par les pales aérodynamiques de l’éolien qui freine le vent. En effet, en freinant le vent les pales de l’éolien sont soumises au dessus et en dessous à un système de pression qui génère la rotation du rotor. Cette rotation crée une énergie mécanique qui est transmise à l’arbre de la génératrice afin de produire une électricité utilisable.
Système d’engrenage Entre l’arbre du rotor et la génératrice, se trouve un arbre de transmission couplé à un système d’engrenage qui joue le rôle d’une boite de vitesse. Ainsi, par vent faible, cet engrenage multiplie la vitesse de rotation et par vent fort, il freine la rotation dans le but de garder une vitesse constante et d’éviter la destruction de l’éolien. Très souvent, les éoliens de petite puissance (moins de 10 kW) ne possèdent pas de système d’engrenage. La génératrice et le rotor sont solidaires et tournent à la même vitesse.
Choix de l’endroit propice pour installer un éolien
La position de l’éolien sur un site doit être soigneusement choisie, de manière à récupérer le maximum d’énergie qu’offre le vent. Et le choix de l’endroit pour la construction de l’éolien est une décision importante à prendre. Par exemple, il ne faut pas oublier que les habitations, les rangées d’arbres et la présence des silos avoisinants font dévier la pleine force du vent ne pouvant pas ainsi la pleine génération d’électricité.
Avantage d’un anémomètre à coupelle
Le grand avantage de ce principe de mesure est de fonctionner indépendamment de la direction du vent. Du fait de l’inévitable frottement dans les rotations, l’anémomètre ne tourne qu’à partir d’une vitesse minimale du vent et présente une certaine inertie. En cas de coup de vent rapide, le moulinet nécessite une courte durée d’accélération avant d’atteindre la vitesse de rotation correspondante à la rafale. Inversement, il continue de tourner pendant un certain temps après cessation de la rafale. Cela conduit à un lissage de l’enregistrement du vent : les pointes de vitesse sont supprimées. Etant donné que le moulinet s’adapte plus rapidement à vitesse croissante du vent qu’à vitesse décroissante, la valeur moyenne indiquée est donc plus élevée que celle réelle.
Codage
Les anémomètres du commerce tournent à une fréquence de rotation de 1 tour/s pour un vent de 1 m/s, ce qui donne 1 comme valeur de k. Comparé avec un modèle de commerce, nous avons estimé que, pour une même vitesse du vent, le moulinet a tourné d’environ 2 fois moindres, k était donc d’environ 0,5. Ceci s’explique par le fait que, pour simplifier la fabrication, le moulinet comporte 4 coupelles au lieu de 3 (la vitesse de rotation diminue avec le nombre de coupelles). De plus, les frottements au niveau de l’axe sont plus importants puisqu’il s’agit d’une fabrication maison. Pour n = 36, k = 0.5 (1 pour les anémomètres du commerce) et avec des vents forts allant jusqu’à 28m/s, la fréquence du signal délivré par le capteur pourrait atteindre f = 36 x 0.5 x 28 = 504 Hz, c’est-à-dire, 504 impulsions par seconde. La valeur de comptage doit être alors divisée par deux pour qu’on puisse la coder, sans risque de débordement (lors des vents forts) sur un octet.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1: THEORIE DE L’AEROGENERATEUR
1 .1 Aérogénérateur
1.1.1 Introduction
1.1.2 Principe de fonctionnement d’un éolien
1.1.3 Système d’engrenage
1.2 Les différents types d’éolien
1.2.1 Eoliens à axe horizontal
1.2.2 Eoliens à axe vertical
1.3 Implantation d’un éolien
1.3.1 Choix de l’endroit propice pour installer un éolien
1.3.2 Critère de détermination du site
1.3.3 Mesure du vent sur un site
1.4 Pales
1.5 Les différentes composantes d’un aérogénérateur
1.5.1 Composants actifs
1.5.2 Composants passifs
1.6 Etude théorique des composantes spécialement adaptées aux éoliennes
1.6.1 Potentiel énergétique éolien
1.6.2 Potentiel énergétique éolien récupérable ou théorème de BETZ
1.6.3 Puissance éolienne moyenne utile
1.6.4 Puissance éolienne moyenne utilisable
CHAPITRE 2: REALISATION D’UN ANEMOMETRE
2.1 Mesure de la vitesse du vent
2.1.1 Vent
2.1.2 Vitesse du vent
2.1.3 Profil vertical de la vitesse du vent
2.1.4 Instruments de mesure
2.2 Critères de conception et réalisation d’un anémomètre
2.2.1 Instrument de mesure
2.2.2 Avantage d’un anémomètre à coupelle
2.3 Réalisation pratique d’un anémomètre à coupelle
2.3.1 Matériaux utilisés
2.3.2 Montage de l’anémomètre
2.3.3 Installation du capteur anémomètre sur le mât
2.3.4 Acquisition de la vitesse du vent
2.4 Etalonnage
2.4.1 Procédure de l’étalonnage
CHAPITRE 3: CORRELATION ENTRE LA TENSION DELIVREE PAR L’EOLIEN ET LA VITESSE DU VENT
3.1 Descriptif du dispositif de mesure de la tension
3.1.1 Présentation du dispositif de mesure
3.1.2 Schéma synoptique du dispositif de mesure
3.1.3 Rôle du chaque élément
3.2 Résultats
CONCLUSION
REFERENCES
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