Etude sur la faisabilité fonctionnelle d’une centrale éolienne

PRESENTATION DES CENTRALES EOLIENNES EXISTANT 

GENERALITES SUR LES CENTRALES EOLINNE

Cette section présente quelques généralités sur la filière éolienne.

GENERALITES : Dans ce travail nous vous invitons à découvrir les éoliennes. Pour cela, nous présentons d’abord le principe de la conversion d’énergie à la base du fonctionnement éolienne.

Ensuite nous évoquons les particularités des dispositifs, puis nous dévoilons les composants d’une éolienne à travers un schéma interactif. En fin nous évoquons les enjeux des éoliennes et nous terminons par l’émission sonore des éoliennes.

DIFFERANTES TECHNOLOGIES : Dans ce travail sont présentées les différentes technologies utilisées dans les systèmes éoliennes, notamment les éoliennes exploitées en vitesse variable. En fin, nous parlons de la connexion au réseau des éoliennes.

ETUDE APPLIQUEE D’UNE EOLINNE : Nous allons vous présentez les équations et les connaissances nécessaires à l’étude d’une éolienne, en vue de traiter les exercices. Cette synthèse énonce le principe des éoliennes et conseille sur leur emplacement et en donne les usages. Elle indique trois conditions de mise en œuvre: Analyser les besoins, identifier les contraintes et dimensionner l’éolienne. Une éolienne est une machine qui convertit l’énergie du vent en énergie mécanique. Pour être plus clair, on considère qu’il y a du vent quand l’air se déplace et donc quand l’air possède une certaine vitesse. A cette vitesse est associée une énergie, l’énergie cinétique. Le vent exerce une force sur le rotor de l’éolienne et le met en rotation : il exerce une certaine puissance. A proprement parler, cette force est transmise à un axe qui correspond à une certaine puissance. En langage d’ingénieur, nous sommes en présence d’une machine motrice. Cette énergie mécanique peut être utilisée directement. Par exemple, on pense à l’actionnement d’une pompe à des endroits nos desservis par réseau électrique ou à nos anciens moulins à vent. Néanmoins, ces applications mécaniques sont assez marginales. Dans la majorité des cas, l’énergie mécanique du rotor de l’éolienne est transformée en énergie électrique via une génératrice.

Etant une machine utilisant la force motrice (FM) du vent. Cette force peut être utilisée mécaniquement (dans le cas d’une éolienne de pompage), ou pour produire de l’électricité (dans le cas d’un aérogénérateur). On parlera d’un parc éolien ou une ferme éolienne pour décrire des unités groupées pour la production de l’énergie électrique. Ces unités peuvent être installées en terre ou mer.

HISTORIQUE

Depuis l’antiquité, des moulins à vent convertissent l’énergie éolienne en énergie mécanique (généralement utilisée pour moudre du grain, presser des produits oléifères, battre le fer, le cuivre, le feutre ou les fibres du papier ou relever de l’eau). De nos jours, on trouve encore des éoliennes couplées à des pompes à l’eau, généralement utilisées pour assécher des zones humides ou au contraire irriguer des zones sèches ou abreuver bétail. Historiquement parlant, nous notons que c’est en 1888 qu’un certain Charles F. Brush qui avait construit une grande éolienne pour alimenter sa maison en électricité, avec un stockage par batterie d’accumulateurs. La première éolienne « industrielle » génératrice d’électricité est mise au point par danois poule la cour en 1890, pour fabriquer de l’hydrogène par électrolyse. Dans les années suivantes, il crée l’éolienne LYKKEGARD, dont il vend soixante-douze (72) exemplaires en 1908. En France, une éolienne expérimentale de 800 KVA était mise en fonctionnement de 1955 à 1963, à Nogent-le-Roi dans la Beauce. Elle avait été conçue par le bureau d’étude scientifique et technique de Lucien romain et exploitée pour le compte d’EDF. Simultanément, deux éoliennes Ney pie de 130 et 1000 KW furent testées par EDF à Saint-Rémy-Deslandes (manches). En Algérie, une éolienne fut montée les hauteurs d’Alger (Delly Ibrahim) en 1957. Cette technologie ayant été quelque peu décaissée par la suite, il faudra attendre les années 1970 et le premier choc pétrolier pour que le Danemark relance les activités dans les installations éoliennes.

LA DEFFINITION D’UNE EOLIENNE

➢ Selon le dictionnaire le robert : Eolienne est nom féminin « une machine qui compte l’énergie du vent ». le mot les pales d’une éolienne.
➢ Etymologiquement : c’est un dispositif destiné à convertir l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique. Les éoliennes sont des pales en rotation autour d’un rotor et actionnées par le vent. Elles sont généralement utilisées pour produire de l’électricité et dans la catégorie des énergies renouvelables.
➢ Ou encore : c’est une turbine qui transforme l’énergie cinétique du vent (énergie éolienne) en électricité. On peut également parler d’aérogénérateur.

LES SOURCES D’ENERGIE PRIMAIRE D’UNE EOLIENNE

Le terme source d’énergie désigne tous les phénomènes, physiques et techniques, qui permettent d’obtenir de l’énergie. Les sources d’énergie sont nombreuses à être exploitées : elles sont utilisées à des fins variées, et cela dans diffèrent domaines de la vie quotidienne. Certaines sont connues depuis toujours, d’autres bénéficient d’une découverte plus récente. Voyons ensemble tout ce qu’il faut savoir sur elles, ou on le trouve, comment elles sont exploitées ou encore quel est leur usage.

Notamment nous pouvons mentionner quelques sources d’énergies primaires :
⇒ Le soleil
⇒ Le vent
⇒ Les marées
⇒ Veau en mouvement
⇒ Les courants marins
⇒ La chaleur des sols et des sous-sols
⇒ Les réactions chimiques des matières organiques vivantes
⇒ La méthanisation
⇒ Etc.…….

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UNE EOLIENNE 

Le soleil ne chauffe pas uniformément le globe terrestre, ce qui crée des différences de pression atmosphérique. Ces dernière tendent à crée des mouvements d’air : il s’agit du vent.
• Le principe de fonctionnement d’une éolienne est assez simple. Lorsque le vent souffle, de l’énergie cinétique s’accumule. Il est possible de la convertir en énergie électrique grâce à une éolienne. Concrètement, la force du vent entraine le rotor de l’appareil, ce qui enclenche par la suite un générateur qui crée du courant alternatif ou continue. Ce dernier élément peut faire partir d’un système autonome qui porte un dispositif de stockage de l’énergie produite ou être relié au réseau électrique. Une éolienne démarre à partir d’un vent d’environ 15Km/h. Pour des raisons des sécurités, elle s’arrête automatiquement lorsque la vitesse du vent est supérieure à 90Km/h.
• Une éolienne désigne un appareil qui permet de transformer l’énergie mécanique du vent en énergie électrique. Au fil des siècles, l’énergie éolienne été utilisée pour pomper de l’eau et moudre du grain. Désormais, elle sert à produire de l’électricité qui peut être :

⇒ Consommée localement si le site de production est isolé ;
⇒ Injectée dans le réseau électrique lorsque les éoliennes y sont raccordées.

LES ELEMENTS COSTITUTIFS D’UNE EOLIENNE

Une éolienne est constituée de quatre (4) principaux éléments :
1. LE ROTOR OU L’HELICE
2. LE MAT
3. LA NACELLE
4. LA PARTIE ELECTRIQUE.

LE ROTOR OU L’HELICE
Le rotor est composé des pales ou ailes (deux à trois le plus souvent), celles-ci balaient un diamètre oscillant entre 40 et 120m. Elles peuvent être fabriquées à partir de plastique renforcé de fibre de verre, de lamellé-collé ou encore de métal.

LE MAT
Le mat est l’élément grâce auquel le rotor et la nacelle de l’éolienne peuvent être positionnées à une hauteur suffisante. Conçu pour supporter les poids de ces deux autres composants, il peut être en métal ou en béton.

LA NACELLE
Est située au sommet du mat, la nacelle héberge les éléments mécaniques et pneumatiques qui assurent le fonctionnement l’éolienne. Elle abrite aussi certains composants électroniques électriques.

LA PARTIE ELECTRIQUE 

En haut du mat, dans le prolongement de l’axe du rotor, se situe un générateur. Un multiplicateur de vitesse est généralement installé entre ces deux (2) éléments. En effet, la vitesse de rotation de l’hélice de l’éolienne s’élève à 100 à 650 tours par minute. Or, pour être entrainé, le générateur a besoin d’une vitesse de rotation de 1500 à 3000 tours par minute. Le schéma ci-après permettra de mieux visualiser les éléments constitutifs d’une éolienne. Il est possible de distinguer deux types d’éoliennes :
➢ Les installations industrielles qui désignent les grands parcs éoliennes reliés au réseau électrique ;
➢ Les installations domestiques mise en place par les particuliers.

Par ailleurs, il convient de souligner que certains éolienne sont équipées d’une hélice à axe vertical tandis que d’autre sont munies d’un rotor à axe vertical. Les premières sont les plus courantes. Elles sont sur tout adaptées à une implantation en zone rurale, car elles ont besoin d’une surface plutôt grande. Idéalement, leur mat doit faire plus de 12m de haut pour assurer un bon rendement. L’installation de ce type d’éolienne requiert ainsi une demande de permis de construire.

PRODUIRE L’ELECTRICITE GRACE A UNE EOLIENNE 

L’installation d’une éolienne doit être précédée par une étude de faisabilité. Concrètement, le potentiel éolien d’un site doit être déterminé pour savoir s’il est possible d’y produire de l’électricité, par exemple, l’installation d’une éolienne n’est pas adaptée lorsqu’un terrain est cerné par des collines, des arbres ou des habitations. En effet, ces éléments empêchent le vent d’y parvenir. Plusieurs indices renseignent sur le potentiel éolien d’un Site :
➢ Présences d’anciens moulins à vent ;
➢ Vent fort et soufflant régulièrement dans la région dans la quelles est situé le site ;
➢ Végétations orientées dans une direction identique ;
➢ Etc……

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE I. PRESENTATION DE LA FERME ESPOIR
I.1. INTRODUCTION
I.2.DOMAINE D’EXPLOITATION
I.3. STRUCTURE
I.4. FONCTIONNEMENT
I.5. CATALOGUE PRODUITS
I.5.1. De la viande pour tous les goûts
I.5.2. SUCCURSALES
I.6. HISTORIQUE DE LA FERME ESPOIR
I.7. PRODUCTION DE LA FEME ESPOIR
I.8. LES FERMES D’ESPOIR
I.8.1. SITUATION GEOGRAPHIE DE LA FERME
I.8.2. LA CARTE GEOGRAPHIQUE
I.9. COMPORTEMENT DU VENT DANS LE SITE KASHAMATA
I.9.1. Caractéristique de l’éolienne de la ferme espoir Kashamata
I.9.2. Echelle des vitesses
CHAPITRE II. PRESENTATION DES CENTRALES EOLIENNES EXISTANT
II.1 GENERALITES SUR LES CENTRALES EOLINNE
II.2 LA DEFFINITION D’UNE EOLIENNE
II.3 LES SOURCES D’ENERGIE PRIMAIRE D’UNE EOLIENNE
II.4 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UNE EOLIENNE
II.5 LES ELEMENTS COSTITUTIFS D’UNE EOLIENNE
II.5.1 LE ROTOR OU L’HELICE
II.5.2 LE MAT
II.5.3 LA NACELLE
II.5.4 LA PARTIE ELECTRIQUE
II.6 PRODUIRE L’ELECTRICITE GRACE A UNE EOLIENNE
II.7 TYPES DES CENTRALES EOLIENNE
II.7.1 L’EOLIENNE HORIZONTALE
II.7.2 L’EOLIENNE VERTICALE
II.7.2.1 L’éolienne Darrieus
II.7.2.2 L’éolienne savonius
II.7.3 L’EOLIENNE OFFSHORE
II.8 L’EOLIENNE DOMESTIQUE
II.9 TYPE D’EOLINNES LES PLUS REPANDUS
II.10 TECHNIQUE DE MONTAGE DES EOLIENNES
II.10.1 NOTE TECHNIQUE
II.10.1.1 BRUITS AERODYNAMIQUES
II.10.1.2 BRUITS MECANIQUES
II.11 LES POTENTIELS D’EOLIENNE
II.12 CALCUL
II.13 UTILISATION
II.14 CARACTERISTIQUES TECHNIQUES
II.15 INTERMITTENCE DU VENT
II.16 PREVISIBILITE
CHAPITRE III. ETUDE SUR LA FAISABILITE FONCTIONNELLE DE LA CENTRALE EOLIENNE
III.1. INTRODUCTION ET OBJECTIF GENERAL
III.2. TECHNIQUE DE DIMENSIONNEMENT
III.2.1. PUISSANCE EOLINNE
III.2.2. L’ENERGIE FOURNIE PAR UN AEROGENERATEUR
III.2.3. FACTEUR DE CAPACITE
III.2.4. MODELISATION MATHEMATIQUE DE LA DISTRIBUTION DE FREQUENCE DU VENT
III.3. REPRESENTATION DES RESULTATS DU DIMENTIONNEMENT
III.3.1 POTENTIEL EOLIEN DU SITE DE KASHAMATA
III.3.2. COURBE DE CALME
III.3.3.1.COURBE DE LA PREDICTION DE L’ENERGIE
III.3.4 RESULTATS DE L’ORIENTATION DES EOLIENNES
III.4.1. MODELISATION DU VENT
III.4.3. MODELE DU MULTIPLICATEUR
III.4.4. MODELISATION DE LA CONVERSION MECANIQUE ET ELECTRIQUE
III.4.4.1 SCHEMA EQUIVALENT DE LA MACHINE A COURANT CONTINU EQUIVALENT
CONCLUSION

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