Soutenance mémoire
Systèmes de Conversion Eoliens
Le vent est une source d’énergie renouvelable, économique, exploitable avec un bon niveau de sécurité et respectueuse de l’environnement. Dans le monde entier, les ressources d’énergie éolienne sont pratiquement illimitées. Les récents développements technologiques dans les domaines des turbines éoliennes à vitesse variable, en électronique de puissance et en commande de machines électriques tendent à rendre l’énergie éolienne aussi compétitive que l’énergie d’origine fossile (Mathew, 2006; Chen and Blaabjerg, 2006).
L’Allemagne est aujourd’hui le premier producteur d’énergie à partir du vent, avec une puissance installée de 16630 MW, et plus de 15000 turbines en opération (Chen and Blaabjerg, 2006; Hau, 2006). Elle est suivie par l’Espagne avec quelques 8260 MW. Les Etats-Unis sont en troisième position avec 6740 MW de puissance installée, suivis par le Danemark avec 3120 MW et l’Inde avec 3000 MW installés. L’Europe concentre pratiquement le reste de la production mondiale. Les Pays-Bas, le Royaume-Uni et l’Italie progressent fortement en ce domaine. D’autres pays envisagent de développer considérablement cette source d’énergie : par exemple, la Chine et l’Australie (Chen and Blaabjerg, 2006).
Bilan Energétique Mondial
Face à une demande en constante augmentation et à une répartition inégale entre les zones géographiques, les Etats se trouvent confrontés à des enjeux majeurs : équilibrer leur bilan énergétique, limiter leur dépendance vis-à-vis de zones politiquement instables, concilier besoins et respect de l’environnement et, enfin, préparer l’inévitable épuisement des ressources actuellement exploitées en développant des énergies alternatives (Mons, 2005).
Les Utilisations de l’Energie Primaire
« L’énergie primaire » répond aux besoins de quatre grandes catégories de consommation : production d’électricité, usage domestique, industrie et transports. Dans le monde, le charbon demeure largement en tête comme source primaire.
La Production d’Electricité
Actuellement, la plus grande part de la consommation énergétique mondiale est dédiée à la production d’électricité. L’abondance des réserves de charbon (dans certaines zones géographiques) et leur faible coût d’exploitation expliquent que le charbon soit économiquement avantageux et arrive en tête dans les ressources exploitées pour la production d’électricité. En revanche, l’impact environnemental du charbon est nettement en sa défaveur, même avec les technologies les plus récentes, pourtant moins polluantes. Ensuite vient le gaz naturel ; la turbine à gaz à cycle combiné est la principale technologie de production d’électricité mise en service dans le monde, en particulier en Europe. A titre d’exemple, en 2000, au Royaume-Uni, 32% de l’électricité était produite à partir du gaz naturel, contre seulement 2% en 1990 (Mons, 2005).
Le nucléaire est le troisième mode de production d’électricité dans le monde. C’est d’ailleurs son seul usage, en dehors des applications militaires. Cette technologie est toutefois réservée aux pays les plus riches, en raison de la complexité du processus et des investissements nécessaires. La France est le pays qui recourt le plus au nucléaire pour produire de l’électricité (environ 80% de la consommation d’énergie électrique).
Le pétrole est peu utilisé pour la production d’électricité. Enfin, les autres énergies sont surtout représentées par les énergies renouvelables, hydroélectricité en tête. Certains pays, comme la Suède, produisent l’essentiel de leur électricité grâce aux barrages et aux cours d’eau.
Le Secteur Résidentiel et Tertiaire
Il arrive en seconde position dans la consommation d’énergie primaire. Il est important de noter ici que l’électricité est une forme d’énergie secondaire, cependant source « primaire » d’énergie pour les secteurs résidentiel et tertiaire et l’industrie principalement. Dans ce secteur, le chauffage constitue le premier usage et il convient de rajouter la cuisine. Le fonctionnement des appareils ménagers et informatiques et, surtout, l’éclairage font appel à l’électricité. Les énergies fossiles répondent surtout au premier usage, même si quelques pays – dont la France – se servent de l’électricité pour le chauffage. La biomasse est aussi largement utilisée. La population des pays en voie de développement recourt massivement au bois en tant que combustible pour les usages domestiques, ce qui n’est pas sans poser de problèmes de déforestation (en Afrique principalement).
l’Industrie
Ce secteur – qui consomme 25% de l’énergie dans le monde – présente le bilan le plus équilibré. Le charbon est, néanmoins, une nouvelle fois en tête. Cette ressource est très largement utilisée dans les régions industrielles des pays émergents, en particulier en Chine et en Inde. Le pétrole intéresse l’industrie pour produire une partie de l’énergie nécessaire mais aussi en tant que matière première des plastiques et autres produits dérivés : environ 15% du pétrole consommé par l’industrie sert de matière première.
|
Table des matières
Introduction
1 Systèmes de Conversion Eoliens
1.1 Introduction
1.1.1 Bilan Energétique Mondial
1.1.1.1 Les Utilisations de l’Energie Primaire
1.1.1.2 La Production d’Electricité
1.1.1.3 Le Secteur Résidentiel et Tertiaire
1.1.1.4 l’Industrie
1.1.1.5 Le Transport
1.1.1.6 Une Concurrence Inter Energétique
1.1.2 Energie et Environnement
1.1.2.1 L’impact de la Consommation d’Energie sur l’Environnement
1.1.3 Génération Distribuée de l’Electricité
1.1.4 Les Energies Renouvelables
1.1.4.1 Hydraulique
1.1.4.2 Photovoltaïque
1.1.4.3 l’Eolien
1.1.4.4 Environnement et Coût des Energies Renouvelables
1.2 Classement des Turbines Eoliennes
1.2.1 Turbines Eoliennes à Axe Horizontal (HAWT)
1.2.2 Turbines Eoliennes à Axe Vertical (VAWT)
1.3 Boite de Vitesses
1.4 Générateurs
1.4.1 Générateur Asynchrone (IG)
1.4.1.1 Générateur Asynchrone à Cage d’Ecureuil (SCIG)
1.4.1.2 Générateur Asynchrone à Rotor Bobiné (WRIG)
1.4.2 Générateur Synchrone (SG)
1.4.2.1 Générateur Synchrone à Rotor Bobiné (WRSG)
1.4.2.2 Générateur Synchrone à Aimants Permanents (PMSG)
1.4.3 Autres Générateurs
1.4.4 Types de Machines Electriques pour les Petites Eoliennes
1.5 Systèmes de Stockage pour la production d’électricité
1.5.1 Types de Stockage d’Energie
1.6 Applications des Turbines Eoliennes
1.6.1 Systèmes de Puissance Isolés et Emploi de l’Energie Eolienne
1.6.1.1 Systèmes Hybrides avec Technologie Eolienne
1.6.1.2 Systèmes Hybrides Wind-Diesel
1.6.1.3 Evolution de l’éolien dans les sites isolés
1.6.1.4 Systèmes et Expérience
1.6.1.5 Expérience sur les Systèmes de Puissance Hybrides
1.6.2 Systèmes Eoliens Connectés à des Grands Réseaux
1.6.2.1 Systèmes Distribués
1.6.2.2 Parcs Eoliens
1.7 Tendances
1.7.1 Système Mécanique
1.7.2 Système Electrique
1.7.3 Intégration de l’Energie Eolienne et Nouvelles Applications
1.8 Conclusion
2 Optimisation d’un Système de Conversion Eolien Nomenclature
2.1 Introduction
2.2 Système de Génération Eolien Sans Electronique de Commande
2.2.1 Modèle du Système
2.2.1.1 Système Mécanique
2.2.1.2 Système Electrique
2.2.1.3 Paramètres du Système
2.3 Problème d’Optimisation
2.3.1 Contraintes
2.3.2 Résultats de l’Optimisation
2.3.3 Sélection d’une paire (M, uS) unique
2.4 Adaptation du Problème d’Optimisation
2.4.1 Résultats
2.5 Conclusion
3 Commande du Système de Conversion Eolien
3.1 Introduction
3.2 Systèmes de Génération Eoliens Commandés
3.2.1 Commande Aérodynamique du Rotor
3.2.1.1 Commande de l’Angle d’Attaque de la Pale (Blade Pitch Control)
3.2.1.2 Régulation à Angle Fixe (Passive Stall Control)
3.2.1.3 Commande Stall Active (Active Stall Control)
3.2.1.4 Commande d’Orientation
3.2.2 Commande du Système Electrique
3.2.2.1 Systèmes de Vitesse Variable avec des Turbines Eoliennes à Pales Ajustables
3.2.2.2 Systèmes de Vitesse Variable avec des Turbines Eoliennes à Pales Fixes
3.2.2.3 Structure de Puissance Proposée
3.2.2.4 Stratégie de Commande Proposée
3.2.2.5 Résultats
3.4 Conclusion
4 Méthode Analytique d’Evaluation des Pertes dans les Convertisseurs de Puissance
Conclusions
Références Bibliographiques
Annexes
Télécharger le rapport complet
