Soutenance mémoire
La bioénergie (biomasse)
La bioénergie est considérée comme une voie agréable pour les énergies renouvelables surtout que les sources d’énergie traductionnelle qui convient des combustibles fossiles commencent à se raréfier [7]. On appelle biomasse l’ensemble des matières organiques d’origine végétale ou animale : bois, fourrage, déjections animales, déchets agricoles. La combustion de la biomasse est source d’énergie : elle permet de produire de la chaleur (chaudière à bois par exemple) et de l’électricité. La biomasse peut également être utilisée pour les transports avec les biocarburants (à base d’huiles végétales notamment) ; elle est caractérisée par son coût faible. Sa conversion en éthanol à usage carburant devrait permettre de subvenir à une partie des besoins énergétiques, couverts jusqu’à présent essentiellement par les produits dérivés du pétrole, tout en générant de nouvelles opportunités pour le monde agricole. La biomasse est une des sources les plus prometteuses d’énergie renouvelables, mais demande davantage de recherches pour prouver que le développement de la production d’électricité à partir de biomasse sera à la fois techniquement et économiquement viable.
Avantages et inconvénients de l’énergie éolienne
Avantages : Tel que les nombreux avantages qu’elle partage avec les autres sources renouvelables d’énergie, l’exploitation de l’énergie du vent présente un nombreux avantage parmi eux [2]:
L’énergie éolienne est avant tout une énergie qui respecte l’environnement [18].
L’énergie éolienne se révèle une excellente ressource d’appoint d’autres énergies, notamment durant les pics de consommation, en hiver par exemple [19-20].
L’énergie éolienne est une énergie propre. Elle n’a aucun impact néfaste sur l’environnement comme les autres sources d’énergie qui ont causé un changement radical du climat par la production énorme et directe du CO2 [21].
Elle ne produit pas de déchets toxiques ou radioactifs car elle est entièrement en métal et plastique.
Lorsque de grands parcs d’éoliennes sont installés sur des terres agricoles, seulement 2 % du sol environ est requis pour les éoliennes. La surface restante est disponible pour l’exploitation agricole, l’élevage et d’autres utilisations.
l’énergie éolienne est une énergie renouvelable contrairement aux énergies fossiles, les générations futures pourront toujours en bénéficier [22].
Il s’agit d’une forme d’énergie indéfiniment durable.
Elle ne nécessite aucun carburant.
Cette source d’énergie est également très intéressante pour les pays en voie de développement. Elle répond au besoin urgent d’énergie qu’ont ces pays pour se développer. L’installation d’un parc ou d’une turbine éolienne est relativement simple. Le coût d’investissement nécessaire est faible par rapport à des énergies plus traditionnelles. Enfin, ce type d’énergie est facilement intégré dans un système électrique existant déjà [2] ;
Une éolienne est en grande partie recyclable car se construite en acier . Après son temps de fonctionnement (environ 20 ans) elle est entièrement démontable, on peut même si besoin retirer la fondation en béton. Elle n’aura laissé aucun produit contaminant autour d’elle et pourra être très facilement remplacée.
Inconvénients : Cette source d’énergie à également des inconvénients qu’il faut étudier, afin que ceux-ci ne deviennent pas un frein à son développement [20].
Le bruit : il a nettement diminué, notamment le bruit mécanique qui a pratiquement Disparu grâce aux progrès réalisés au niveau du multiplicateur. Le bruit aérodynamique quant à lui est lié à la vitesse de rotation du rotor, et celle -ci doit donc être limitée.
Le coût de l’énergie éolienne par rapport aux sources de l’énergie classique bien qu’en terme du coût, l’éolien puisse sur les meilleurs sites, c’est à dire là où il y a le plus de vent, concurrencer la plupart des sources d’énergie classique, son coût reste encore plus élevé que celui des sources classiques sur les sites moins ventés [20].
L’inconvénient majeur des énergies renouvelables vient du non régularité des ressources (à l’exception de l’énergie géothermique). La qualité de la puissance électrique : la source d’énergie éolienne étant stochastique, la puissance électrique à cause du vent aléatoire qui provoque l’instabilité de la production [2,23-24].
L’impact sur les oiseaux : certaines études montrent que ceux-ci évitent les Aérogénérateurs [25].
Par son principe de fonctionnement même, une éolienne absorbe l’énergie du vent et le rend turbulent, créant ainsi un effet de sillage jusqu’à 10 diamètres de rotor derrière elle [2].
Aérogénérateurs à axe vertical « VAWT »
Les aérogénérateurs à axe vertical ce sont les premières à avoir été utilisées pour la production de l’électricité. Étant donné leur conception plus rudimentaire, Il existe plusieurs prototypes qui ont vu le jour mais peu sont ceux qui ont pu voir le jour au stade de l’industrialisation [40]. Les VAWT comme sa dénomination l’indiquent à un axe de rotation vertical par rapport au sol et perpendiculaire à la direction du vent. Ce type de turbine n’a pas besoin d’un dispositif d’orientation car elle peut recevoir le vent de n’importe qu’elle direction. Le générateur et le multiplicateur sont disposés au niveau du sol, ce qui rend la simplicité de La maintenance du système vu qu’elle se fait au sol. Ces turbines ne disposent pas de commande d’angle de pale comme dans le cas de HAWT (aérogénérateurs à axe horizontal). Les VAWT sont très peu demandées de nos jours car elles sont moins performantes que celles à axe horizontal car elles tournent en moyenne 2 à 8 fois moins vite qu’un tripale classique avec le même rayon. Les VAWT fonctionnent sur le même principe que les roues hydrauliques avec une direction du vent perpendiculaire à l’axe de rotation. Ils sont classés selon leur caractéristique aérodynamique en deux familles :
Les aérogénérateurs conçus sur la base de la portance : Aérogénérateurs à rotor de Darrieus : conçu par l’ingénieur français George Darrieus en 1931[2].
Les aérogénérateurs conçus sur la base de la traînée : Aérogénérateurs à rotor de Savonius : inventé par le finlandais Siguard Savonius en 1924 [41].
La machine doublement alimentée
La Machine Doublement Alimentée (MADA), elle est connue depuis 1899, est une machine triphasée alimentée par ses deux armatures: le stator et le rotor. Il a d’abord été conçu pour être utilisé comme moteur à grande vitesse. Mais à cause des problèmes d’instabilité auxquels elle a été confrontée depuis lors l’ont fait abandonner pendant un certain temps. Grâce aux avancées de l’électronique de puissance et des technologies de l’information , il est devenu possible de mettre en œuvre dons des nombreuses applications (MDA), dont les principaux intérêts les capacités de contrôler du flux des puissances pour les régimes caractéristiques hypo et hyper synchrone, cela étant aussi bien dans les opérations de fonctionnement moteur que générateur. Dans ce contexte, la théorie de l’orientation du flux, apparue au début des années 70 du vingtième siècle, appliquée à cette machine avec succès a donné lieu à un outil puissant pour son contrôle [2,57-58].
Domaines d’application de la MADA
La machine asynchrone à double alimentation (MADA) conçue pour un fonctionnement en Moteur sur une large plage de variation de vitesse comme première application. La MADA est utilisée pour permettre la variation de la vitesse en action sur la fréquence d’alimentation des enroulements rotoriques , donc l’utilisation d’une MADA sera économique lorsque on utilise les convertisseurs entre le rotor et le réseau électrique en réduisant leurs tailles d’environ 70% [2,29]. Ce dispositif économique peut même être fournisseur de puissance réactive. Donc contrairement à la machine asynchrone à cage, elle n’est pas consommatrice de puissance réactive . Toutes ces caractéristiques ont permis à la MADA d’être utilisée dans de nombreuses applications industrielles telles que:
La traction, avec notamment des applications de type transport urbain ou propulsion maritime ;
La métallurgie avec les enrouleuses et les dérouleuses de bobines ;
Les applications de levage, ascenseurs, monte-charge, …etc.
Pour fonctionner la MADA en génératrice, l’alimentation du circuit rotorique à fréquence variable permet de donner une fréquence fixe au stator même en cas de changement de vitesse, donc ce mode de fonctionnement permet à la MADA d’être une alternative sérieuse aux machines asynchrones classiques dans plusieurs systèmes de production d’énergie décentralisée tels que :
Groupes électrogènes pour lesquels la réduction de vitesse pendant les périodes de faible consommation permet de réduire sensiblement la consommation du carburant.
Génération des réseaux de bord des navires ou des avions.
Eoliennes ou turbines marémotrices à vitesse variable.
Centrales hydrauliques à débit et vitesse variable [2].
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Table des matières
Introduction generale
CHAPITRE 1: Generalites sur les energies renouvelables
1.1. Introduction
1.2. Les différentes sources des énergies renouvelables
1.2.1. La bioénergie (biomasse)
1.2.2. La méthanisation – le biogaz
1.2.3. La géothermie
1.2.4. L’énergie hydraulique
1.2.5. L’énergie solaire
1.2.6. Les éoliennes
1.3. Historique de l’énergie éolienne
1.4. Avantages et inconvénients de l’énergie éolienne
1.4.1. Avantages
1.4.2. Inconvénients
1.5. Gisement Eolien en Algérie
1.6. Conclusion
CHAPITRE 2: Etat de l’art sur les aerogenerateurs
2.1. Introduction
2.2. L’énergie de vent
2.2.1. Direction et vitesse du vent
2.2.2. L’énergie disponible dans le vent
2.2.3. Notions aérodynamiques « théorie de Betz »
2.3. Différents types d’aérogénérateurs
2.3.1. Aérogénérateurs à axe vertical « VAWT »
2.3.2. Aérogénérateurs à axe horizontal « HAWT »
2.4. La constitution d’une éolienne à axe horizontal
2.5. Topologies des génératrices éoliennes
2.5.1. Les éoliennes à vitesse fixe
2.6. La machine doublement alimentée
2.6.1. Structure de la MADA
2.6.2. Principe de fonctionnement
2.6.3. Modes de fonctionnement de la MADA
2.6.4. Domaines d’application de la MADA
2.6.5. Avantages et inconvénients de la MADA
2.7. Conclusion
CHAPITRE 3: Etude et modelisation de la chaine de conversion eolienne
3.1. Introduction
3.2. Description de système
3.3. Modélisation de la chaîne de conversion éolienne basée sur la GADA
3.3.1. Modèle de vitesse du vent
3.3.2. Modélisation de la turbine éolienne
3.3.3. Modèle de la partie mécanique
3.4 Stratégie de commande de la turbine
3.4.1. Stratégie de maximisation de puissance « MPPT »
3.4.2. Contrôle MPPT sans asservissement de la vitesse de rotation mécanique
3.4.3. Contrôle MPPT avec asservissement de la vitesse de rotation mécanique
3.4.4. Résultats obtenus par simulation
3.5. Modélisation de la machine asynchrone à double alimentation
3.5.1. Hypothèses simplificatrices
3.5.2. Modèle de la MADA dans le repère triphasé
3.5.3. Mise en équations électriques
3.5.4. Utilisation de la transformée de PARK à la MADA
3.5.5. Équation de la MADA dans le repère de Park
3.5.6. Choix du référentiel biphasé
3.5.7. Référentiel lié au stator (α, β)
3.5.8. Référentiel lié au champ tournant (d, q)
3.5.9. Equations de la puissance et du couple
3.5.10. Equation mécanique
3.5.11. Modèle de la machine en représentation d’état
3.6. Association de la MADA avec le convertisseur d’alimentation
3.6.1. Association onduleur – MADA (rotor)
3.6.2. Modulation de Largeur d’Impulsion(MLI)
3.6.3. Résultats de simulation
3.7. Conclusion
CHAPITRE 4: Commande vectorielle de la MADA
4.1. Introduction
4.2. Commande vectorielle de la génératrice MADA
4.2.1. Principes et objectifs de la commande vectorielle
4.2.2. Modèle de la génératrice MADA avec orientation du flux statorique
4.2.3. Relation entre puissances statoriques et courants rotoriques
4.2.4. Expressions des tensions et courants rotoriques
4.3. Principe de Contrôle indépendant des puissances active et réactive
4.3.1. Commande vectorielle directe des puissances
4.3.2. Commande vectorielle indirecte des puissances
4.3.3. Synthèse et conception du régulateur (PI)
4.4. Résultats de simulation
4.5. Vitesse du vent variable et puissance réactive constante
4.6. Conclusion
CHAPITRE 5: Etude comparative de deux systemes eoliens de controle MLI bases sur GADA et un onduleur NPC a multi niveaux
5.1. Introduction
5.2. MODÉLISATION DES COMPOSANTS DU SYSTÈME
5.2.1. Aspect général
5.2.2. Modélisation de GADA
5.3. GADA ALIMENTÉ PAR ONDULEUR NPC À TROIS NIVEAUX
5.3.1. GADA alimenté par un onduleur NPC à trois niveaux avec contrôle SPWM
5.3.2. GADA alimenté par des onduleurs NPC à trois niveaux avec contrôle SVM
5.4. RÉSULTATS ET DISCUSSIONS
5.4.1. Les résultats de la simulation SCEE basée sur GADA contrôlée par SPWM
5.4.2. Les résultats de la simulation SCEE basés sur GADA contrôlés par SVM
5.5. CONCLUSION
Conclusion generale
References
Annexes
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