L’impact de la Consommation d’Energie sur l’Environnement

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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.

Le Transport

C’est le quatrième grand secteur de consommation, il recourt quasi exclusivement au pétrole et à ses dérivés. Cette forte dépendance pose de nombreux problèmes lorsque les cours du pétrole s’élèvent. Les énergies alternatives – l’électricité et le gaz – n’ont pas réussi à s’imposer dans l’automobile pour l’instant.

Une Concurrence Inter Energétique

En général, à part quelques exceptions, aucun usage n’est exclusivement assuré par une source unique d’énergie. C’est la raison pour laquelle on assiste à des modifications sensibles de la contribution des différentes énergies au bilan énergétique mondial. La forte progression du gaz naturel, qui se substitue peu à peu au charbon dans la production d’électricité, en est la principale illustration. Les évolutions sont toutefois très lentes car l’énergie est une industrie de long terme. Dans le cas de la production d’électricité, les centrales ont une durée de vie de l’ordre de 30 à 40 ans, voire plus de 50 ans dans le cas des centrales nucléaires.

Energie et Environnement

La préservation de l’environnement est un des principaux défis que doit relever l’industrie énergétique. La consommation d’énergie – en croissance régulière – est à l’origine d’une pollution considérable. L’enjeu est donc de concilier les besoins énergétiques avec le respect de l’environnement. Si la prise de conscience semble désormais être une réalité, les actions sont très longues à mettre en place. D’autant que la responsabilité est collective, car l’utilisation rationnelle de l’énergie concerne aussi bien les gouvernements, les producteurs que les consommateurs.

L’impact de la Consommation d’Energie sur l’Environnement

La combustion d’énergie fossile est la première activité humaine responsable de l’émission de gaz à effet de serre. Selon l’Agence Internationale de l’Energie, la consommation humaine d’énergie fossile a rejeté 22639 millions de tonnes de CO2 en 2000 (Mons, 2005).
Les Emissions Gazeuses
Les rejets de la combustion des carburants représentent les trois-quarts des émissions humaines de dioxyde de carbone. La concentration de ce gaz dans l’atmosphère augmente régulièrement. Actuellement, ce taux est de 0.0365% contre 0.028% au milieu du XIXème siècle (+ 30%). Le deuxième gaz à effet de serre est le méthane (CH4), dont la concentration a doublé sur la même période. Ses émissions son générées par l’agriculture (élevage et rizière), les activités énergétiques (fuites de gaz et industrie charbonnière) et les déchets ménagers (Mons, 2005).
Une polémique a longtemps opposé la communauté scientifique sur la réalité du réchauffement climatique et la responsabilité des activités humaines. Le groupe intergouvernemental d’experts sur l’évolution du climat (GEIC ou IPCC, de l’anglais Intergovernmental Panel on Climate Change) affirme aujourd’hui que cet effet constaté depuis une cinquantaine d’années est bien attribuable aux activités humaines.
Cette structure – créée en 1988 par l’Organisation Météorologique Mondiale et le Programme des Nations Unies pour l’Environnement – a constaté que la température moyenne avait augmenté de 0.6°C au cours du siècle précédent (avec une marge d’erreur d’environ ± 0.2°C).
Le réchauffement n’est toutefois pas uniforme puisqu’il a été constaté en deux phases : de 1910 à 1945 et depuis 1976. Le phénomène tend d’ailleurs à s’accélérer car la décennie 1990 semble être la plus chaude depuis 1961 – l’année 1998 en tête. Les principales conséquences visibles sont la réduction de la couverture neigeuse (-10% depuis 40 ans), la fonte des glaciers et de la banquise et son corollaire, la hausse du niveau moyen des océans (Mons, 2005).
Les Marées Noires
Amoco Cadiz, Exxon Valdez, Erika, représentent autant de noms tristement célèbres pour avoir souillé la mer et le littoral des côtes. L’histoire de l’industrie pétrolière est jalonnée de marées noires.
Les conséquences de ces accidents sont désastreuses pour la faune, la flore et les activités humaines (pêche, ostréiculture, tourisme, etc.). Cependant, l’attribution des responsabilités est complexe, chacune des parties évitant de les prendre. En matière de nettoyage et d’indemnisation, c’est le plus souvent l’État du pays victime de la pollution qui assume l’essentiel des charges. Toutefois, quelques progrès sont réalisés, notamment pour accélérer la disparition des navires à simple coque, comme l’Erika.
Néanmoins, les marées noires ne sont qu’une petite partie des rejets d’hydrocarbures en mer – de 2 à 6 % du total selon les estimations – lesquelles représentent au total entre 2 et 6 millions de tonnes (Mons, 2005). La très grande majorité des rejets correspond aux dégazages, en d’autres termes au lavage des cuves des cargos et au rejet des résidus de filtration du fioul lourd.

Génération Distribuée de l’Electricité

Le système de puissance traditionnel intégré verticalement (génération, transport et distribution d’énergie électrique) est dans une étape initiale d’un processus qui pourrait être un changement révolutionnaire (Masters, 2004). L’époque des centrales de plus en plus grandes semble parvenue à son terme. Les réseaux de transport et de distribution commencent à s’ouvrir à des producteurs indépendants mettant en œuvre des centrales plus petites, moins coûteuses et plus efficaces. De nombreux pays se sont engagés dans la voie de la régulation des réseaux avec l’objectif d’encourager la concurrence entre producteurs et permettre ainsi aux clients de choisir leur fournisseur, avec toutefois un succès à démontrer.
L’industrie électrique semble ainsi effectuer un retour en arrière, lorsque l’essentiel de l’énergie électrique était générée localement par de petits systèmes isolés en vue de son utilisation directe. Les anciens générateurs à vapeur utilisés pour fournir de la chaleur et de l’électricité ont trouvé leurs équivalents modernes sous la forme de micro-turbines, piles à combustible, moteurs à combustion interne et petites turbines à gaz.
En plus de l’intérêt économique, d’autres arguments ont plaidé en faveur d’une transition vers les systèmes d’énergie décentralisés à petite échelle ; il s’agit notamment des retombées sur l’environnement, de la vulnérabilité des systèmes d’énergie centralisés en cas d’attentat et de la fiabilité de l’électricité.

Les Energies Renouvelables

Le développement et l’exploitation des énergies renouvelables ont connu une forte croissance ces dernières années. D’ici 20-30 ans, tout système énergétique durable sera basé sur l’utilisation rationnelle des sources traditionnelles et sur un recours accru aux énergies renouvelables. Naturellement décentralisées, il est intéressant de les mettre en œuvre sur les lieux de consommation en les transformant directement, soit en chaleur, soit en électricité, selon les besoins. La production d’électricité décentralisée à partir d’énergies renouvelables offre une plus grande sûreté d’approvisionnement des consommateurs tout en respectant l’environnement. Cependant, le caractère aléatoire des sources impose des règles particulières de dimensionnement et d’exploitation des systèmes de récupération d’énergie (Gergaud, 2002).
Une source d’énergie est renouvelable si le fait d’en consommer ne limite pas son utilisation future. C’est le cas de l’énergie du soleil, du vent, des cours d’eau, de la terre, de la biomasse humide ou sèche, à une échelle de temps compatible avec l’histoire de l’humanité. Ce n’est pas le cas des combustibles fossiles et nucléaires.
L’utilisation des énergies renouvelables n’est pas nouvelle. Celles-ci sont exploitées par l’homme depuis la nuit des temps. Autrefois, moulins à eau, à vent, feu de bois, traction animale, bateaux à voile ont largement contribué au développement de l’humanité. Elles constituaient une activité économique à part entière, notamment en milieu rural où elles étaient aussi importantes et aussi diversifiées que la production alimentaire. Mais dans les pays industrialisés, dès le XIXème siècle, elles furent progressivement marginalisées aux profits d’autres sources d’énergie que l’on pensait plus prometteuses. Depuis lors, la pollution atmosphérique, le réchauffement climatique, les risques du nucléaire et les limites des ressources ont fait prendre conscience qu’un développement économique respectueux de l’environnement, dans lequel nous vivons, est nécessaire.
Les chocs pétroliers successifs observés depuis les années 70 ont démontré les risques économiques et géopolitiques de la production d’énergie reposant sur l’exploitation des ressources fossiles, dont les réserves sont mal réparties et épuisables.
De plus, une grande partie du monde ne sera sans doute jamais raccordée aux réseaux électriques dont l’extension s’avère trop coûteuse pour les territoires isolés, peu peuplés ou difficiles d’accès. Même au sein de l’Europe occidentale de tels « sites isolés » ne sont pas exceptionnels. Actuellement deux milliards et demi d’habitants, principalement dans les zones rurales des pays en développement, ne consomment que 1 % de l’électricité produite dans le monde.
Les énergies renouvelables constituent donc une alternative aux énergies fossiles à plusieurs titres : elles perturbent généralement moins l’environnement, n’émettent pas de gaz à effet de serre et ne produisent pas de déchets ; elles sont inépuisables ; elles autorisent une production décentralisée adaptée à la fois aux ressources et aux besoins locaux ; elles offrent une importante indépendance énergétique.
Parmi les énergies renouvelables, trois grandes familles émergent : l’énergie d’origine et à finalité mécanique (à partir du vent, des mouvements de l’eau…), l’énergie à finalité électrique (à partir de panneaux photovoltaïques, d’éoliennes, de barrages hydrauliques…) et l’énergie d’origine et à finalité thermique (géothermie, solaire thermique…). La plupart de ces formes d’énergie proviennent du soleil, à quelques exceptions près (marées, géothermie…). Etant donné que l’énergie sous forme mécanique est très difficilement transportable, elle n’est utilisable que localement (pompage direct de l’eau, moulins…). C’est pourquoi, pour l’essentiel, elle est transformée en énergie électrique. A l’exception de la biomasse et de l’hydraulique, un inconvénient majeur des énergies renouvelables provient de la non-régularité des ressources. De plus, les fluctuations saisonnières et journalières de la demande en puissance ne sont pas forcément synchronisées avec les ressources. Par exemple, en hiver, le besoin énergétique est plus important pour le chauffage et l’éclairage alors que les journées d’ensoleillement sont plus courtes. La diversification des sources permet statistiquement de limiter ces inconvénients. Il peut s’agir notamment de coupler des panneaux photovoltaïques avec une éolienne (Mirecki, 2005). Le stockage de l’énergie électrique supprime ces inconvénients lorsque la technologie le permet.
Les formes d’énergie renouvelables à finalité électrique qui sont actuellement les plus exploitées tout en respectant au mieux l’environnement sont l’hydraulique, le solaire photovoltaïque et l’éolien. Ces trois formes d’énergie sont précisées dans ce qui suit.

Hydraulique

L’eau, comme l’air, est en perpétuel mouvement. Par rapport à l’air, sa densité plus importante en fait un excellent vecteur d’énergie. Les barrages sur les rivières ont une capacité importante pour les pays riches en cours d’eau qui bénéficient ainsi d’une source d’énergie propre et « stockable ». Cette ressource représentait en 1998 environ 20% de la production mondiale de l’énergie électrique (Mirecki, 2005). Certains pays – dont la France – sont déjà « saturés » en sites hydroélectriques exploitables et ne peuvent pratiquement plus progresser de manière importante dans ce domaine. Les sites de faible puissance (inférieure à 10kW) sont bien adaptés aux petits réseaux isolés. En 1999, l’Europe comptait environ 10000 MW de puissance hydraulique installée. A l’horizon 2100, cette puissance pourrait passer à 13000 MW.

Photovoltaïque

L’énergie photovoltaïque est obtenue directement à partir du rayonnement solaire. Les panneaux photovoltaïques, composés de cellules photovoltaïques à base de silicium, ont la capacité de transformer l’énergie photonique en énergie électrique. Le courant continu ainsi produit est directement utilisable. La fabrication des panneaux solaires est actuellement coûteuse bien que la matière première (silice) soit abondante et peu onéreuse. Cela s’explique par une énergie significative nécessaire à la production des cellules. De réels progrès ont toutefois été réalisés. À l’heure actuelle, il faut quand même 5 à 8 ans pour qu’un panneau produise l’énergie que sa construction a utilisée. Un autre inconvénient est celui de la pollution à la production qui est due à la technologie employée. Des avancées technologiques sont en cours de réalisation. En raison des caractéristiques électriques fortement non linéaires des cellules et de leurs associations, le rendement des systèmes photovoltaïques peut être augmenté par les solutions utilisant la technique désormais classique et éprouvée de recherche du point de puissance maximale (Maximum Power Point Tracker : MPPT). Cette solution est également utilisable pour la production d’énergie éolienne.
Les panneaux solaires sont faciles à mettre en œuvre. Leur intégration dans un bâtiment peut aussi ajouter une touche esthétique. Ils apportent une bonne réponse aux besoins énergétiques limités dans les sites isolés et dispersés (télécommunication, balises maritimes…).
L’énergie photovoltaïque est en très forte progression : en 2001, l’Europe comptait environ 250 MW installés ; en 2003, ce chiffre est monté à 560 MW (Mirecki, 2005).

l’Eolien

La ressource éolienne provient du vent, lequel est dû indirectement à l’ensoleillement de la Terre : une différence de pression se crée entre certaines régions de la planète, en fonction du réchauffement ou du refroidissement local, mettant ainsi des masses d’air en mouvement. Exploitée depuis l’antiquité puis longtemps négligée, cette énergie connaît depuis environ 30 ans un essor sans précédent notamment dû aux premiers chocs pétroliers. À l’échelle mondiale, l’énergie éolienne maintient un taux de croissance de 30% par an depuis une dizaine d’années. L’Europe, principalement sous l’impulsion allemande, scandinave et espagnole, comptait environ 15000 MW de puissance installée en 2000. Ce chiffre a presque doublé en 2003, soit environ 27000 MW pour 40000MW de puissance installée dans le monde. Les prévisions pour 2010 font état d’une puissance éolienne installée en Europe de l’ordre 70000 MW (Mirecki, 2005).

Environnement et Coût des Energies Renouvelables

Vis-à-vis du respect de l’environnement, les énergies renouvelables ont un avantage majeur, même si leur intérêt économique à court terme n’est pas toujours avéré. Ainsi, en 2001, les éoliennes installées au Danemark – un des pays parmi les mieux équipés – ont permis d’éviter 3.5 millions de tonnes de CO2, 6450 tonnes de SO2, 6000 tonnes d’oxyde azotique et 223000 tonnes de cendres volantes (Mons, 2005).
Si l’on tient compte de la pollution produite lors de la fabrication des différentes technologies, l’énergie éolienne est la moins polluante avec seulement 9 g de CO2 par kWh (Mons, 2005). La biomasse est également très bien placée car elle ne contribue pas au réchauffement climatique dans la mesure où le bois, pendant sa croissance, fixe une quantité au moins équivalente de CO2. Seul le nucléaire est en mesure de rivaliser avec les énergies renouvelables avec seulement 10 g de CO2 émis par kWh. Cependant, la production d’électricité nucléaire génère des déchets radioactifs peu complexes à gérer mais sources d’inquiétudes pour l’avenir (en particulier ceux à vie longue, hautement radioactifs).
Les énergies renouvelables, hors l’hydroélectricité, se heurtent cependant à plusieurs obstacles, dont le plus important est incontestablement économique. A l’heure actuelle, elles sont peu ou pas rentables. A l’exception de l’hydroélectricité – déjà largement exploitée –, les énergies renouvelables souffrent de la comparaison économique avec d’autres sources d’énergie. Quelques exemples suffisent à révéler les écarts.
Coûts d’Investissement et d’Exploitation
Alors que le coût d’investissement d’un cycle combiné au gaz naturel est inférieur à 500 €/kW (Mons, 2005), il est généralement compris entre 1000 et 3000 €/kW pour l’éolien et entre 3000 et 5000 €/kW pour le photovoltaïque.. Actuellement, le coût moyen du kWh nucléaire est de l’ordre de 3 à 4 centimes d’euro (c€) et de 4 à 8 c€, selon le site, dans le cas du kWh d’origine éolienne, la plus compétitive des énergies renouvelables hors hydroélectricité. Toutefois, l’éolien peut rivaliser avec la production d’électricité à partir du gaz naturel et du charbon selon les cours du marché. Les coûts de production de l’électricité à partir des autres énergies renouvelables sont encore plus hauts (15 c€ pour la géothermie et jusqu’à 65 c€ pour le photovoltaïque). Les progrès sont néanmoins très rapides et l’éolien est désormais proche des énergies classiques. En un peu plus de 20 ans, le coût du kWh éolien a diminué de près de 90% (38 c€ en 1980). De la même manière, les prix des panneaux photovoltaïques baissent d’environ 4% par an depuis 15 ans grâce aux effets de série (Mons, 2005).
Impact sur l’Environnement
La compétitivité des énergies renouvelables pourrait être dopée si les coûts annexes des différentes énergies étaient pris en compte. La Commission Européenne estime le surcoût lié à la dégradation de l’environnement : entre 2 et 15 c€ pour une centrale au charbon, entre 3 et 11 c€ pour une centrale au fioul, au maximum 2.5 c€ pour les énergies renouvelables (Mons, 2005). La hiérarchie des coûts de production du kWh à partir des différentes énergies s’en trouve complètement modifiée. La plupart des énergies renouvelables sont alors plus compétitives que les centrales au charbon et au fioul. Actuellement, ces coûts annexes ne sont pas retenus mais des réflexions sont menées sur la mise en place de « certificats verts » (quotas de production d’électricité à partir de renouvelables).
Outre leur manque de compétitivité économique, les énergies renouvelables – en particulier l’éolien et le solaire – ont un inconvénient sérieux : l’intermittence. Leur disponibilité est, en effet, irrégulière puisqu’elle dépend de la vitesse du vent et de l’ensoleillement. En dépit de ces désagréments, des entreprises spécialisées dans la construction éolienne ont émergé, en particulier en Allemagne, au Danemark et en Espagne. Le leader mondial Vestas (Danemark) a doublé son chiffre d’affaires depuis 2000 pour atteindre 1.7 milliards d’euros en 2003. L’utilisation de moyens de stockage permet de réduire les inconvénients de l’intermittence des sources d’énergie (Breeze, 2005 ; Ribeiro et. al, 2001).

Classement des Turbines Eoliennes

Après ses premières utilisations à l’époque de la Perse Antique, la technologie qui permet de profiter de l’énergie du vent a évolué sous diverses formes et types de machines. La structure de base des turbines éoliennes consiste aujourd’hui en un rotor pour capter l’énergie du vent en la transformant en énergie en rotation, un système d’engrenage pour démultiplier la vitesse de rotation du rotor, une machine électrique pour convertir l’énergie mécanique en électricité. Un schéma de principe est donné à la figure 1.2. Il existe différentes façons de classer les turbines éoliennes mais celles-ci appartiennent principalement à deux groupes selon l’orientation de leur axe de rotation : celles à axe horizontal et celles à axe vertical.

Turbines Eoliennes à Axe Horizontal (HAWT)

Une turbine à axe de rotation horizontal demeure face au vent, comme les hélices des avions et des moulins à vent. Elle est fixée au sommet d’une tour, ce qui lui permet de capter une quantité plus importante d’énergie éolienne. La plupart des éoliennes installées sont à axe horizontal. Ce choix présente plusieurs avantages, comme la faible vitesse d’amorçage (cut-in) et un coefficient de puissance (rapport entre la puissance obtenue et la puissance de la masse d’air en mouvement) relativement élevé (Mathew, 2006). Toutefois, la boite de vitesses et la machine électrique doivent être installées en haut de la tour, ce qui pose des problèmes mécaniques et économiques. Par ailleurs l’orientation automatique de l’hélice face au vent nécessite un organe supplémentaire (« queue », « yaw control »…).
Selon son nombre de pales, une HAWT est dite mono-pale, bipale, tripale ou multi-pale. Une éolienne mono-pale est moins coûteuse car les matériaux sont en moindre quantité et, par ailleurs, les pertes aérodynamiques par poussée (drag) sont minimales. Cependant, un contrepoids est nécessaire et ce type d’éolienne n’est pas très utilisé à cause de cela. Tout comme les rotors mono-pales, les rotors bipales doivent être munis d’un rotor basculant pour éviter que l’éolienne ne reçoive des chocs trop forts chaque fois qu’une pale de rotor passe devant la tour (Windpower, 2007). Donc, pratiquement toutes les turbines éoliennes installées ou à installer prochainement sont du type tripale. Celles-ci sont plus stables car la charge aérodynamique est relativement uniforme et elles présentent le coefficient de puissance le plus élevé actuellement.
Suivant leur orientation en fonction du vent, les HAWT sont dites en « amont » (up-wind) ou en « aval » (down-wind). La figure 1.3 montre les deux types mentionnés. Les premières ont le rotor face au vent ; puisque le flux d’air atteint le rotor sans obstacle, le problème de « l’ombre de la tour » (tower shadow) est bien moindre. Néanmoins, un mécanisme d’orientation est essentiel pour maintenir en permanence le rotor face au vent. Les éoliennes à rotor en aval n’ont pas besoin de ce mécanisme d’orientation mais le rotor est placé de l’autre coté de la tour : il peut donc y avoir une charge inégale sur les pales quand elles passent dans l’ombre de la tour. De ces deux types d’éoliennes, celle en amont est largement prédominante.

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 Nomenclature
4.1 Introduction
4.2 Méthode Proposée
4.2.1 Calcul des Pertes
4.2.1.1 Pertes par Conduction dans les Diodes
4.2.1.2 Pertes par Conduction dans les Transistors
4.2.1.3 Pertes par Conduction dans le Redresseur
4.2.1.4 Pertes par Conduction dans le Hacheur
4.2.1.5 Pertes par Conduction dans l’Onduleur
4.2.2 Pertes par Commutation
4.2.2.1 Pertes par Commutation dans le Hacheur
4.2.2.1 Pertes par Commutation dans l’Onduleur
4.3 Résultats
4.3.1 Pertes dans le Redresseur
4.3.2 Pertes du Hacheur
4.3.2.1 Evaluation des Equations de Pertes de Conduction dans une Paire Transistor/Diode
4.3.2.2 Comparaison : un Convertisseur Buck-Boost et une Combinaison Cascade des Convertisseurs Boost et Buck
4.3.3 Pertes de l’Onduleur
4.4 Application : Evaluation des Pertes d’un Système Hybride
4.4.1 Description du Système
4.4.2 Procédure de Dimensionnement des Unités
4.4.3 Evaluation des Pertes du Système Hybride
4.5 Conclusion
Conclusions et Perspectives
Références Bibliographiques

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