Notion generale sur les eoliennes

Actuellement, les réserves naturelles (carburants) commencent à diminuer et par conséquent leurs coûts demeurent élevés. Cependant, on a cru fort longtemps ; que les ruraux sont les sources de développement ; alors qu’ils n’utilisent pratiquement que les pétroles pour l’éclairage. Des nouvelles sources d’énergie ont commencé à trouver dans la vie quotidienne, ou même industrielle par voie d’utilisation des matières premières (Uranium), des phénomènes naturels (vent, soleil, eau…) ces derniers appelés couramment « énergie nouvelle et renouvelable», sont devenus de vrai objet d’étude. Suivant les moyens à disposition et les conditions météorologiques, l’adoption, pour une région ou un pays, d’une forme de source d’énergie définie constitue un problème énergétique à résoudre. On peut envisager deux possibilités ; la micro- centrale hydraulique et l’éolien comme le central électrique.

Depuis l’année 2000 jusqu’à ce jour, le délestage s’est montré comme un vrai obstacle pour le développement et les activités économiques du pays. A Madagascar, les solutions pour faciliter les problèmes, (pour réduction importation les carburant) paraissent très simples, parce que dans toutes les régions il y a beaucoup de matières premières nécessaires (l’eau, vent…). Notamment à Antsiranana, on constate que le vent nommé « Varatraza » souffle presque toute l’année, d’où la tendance vers la source d’énergie éolienne. L’énergie éolienne est convertie en énergie électrique par l’intermédiaire d’une machine qui peut être couplée ou non à un réseau.

NOTION GENERALE SUR LES EOLIENNES

Une éolienne est constituée d’une partie tournante, le rotor, qui transforme l’énergie cinétique en énergie mécanique en utilisant des profils aérodynamiques. Le flux d’aire crée autour du profil une poussée qui entraîne le rotor et une traînée qui constitue une force parasite. La puissance mécanique est ensuite transformée soit en puissance hydraulique par une pompe, soit en puissance électrique par une génératrice.

Principe de fonctionnement

Le système éolien est constitué des éléments suivants : un capteur éolien, un adaptateur mécanique composé des organes de transmission de puissance avec multiplicateur ou des réducteurs de vitesse, transformateur d’énergie qui peut être électrique, hydraulique ou thermique, un accumulateur d’énergie associé au transformateur, un réseau de distribution alimentant le ou les utilisateurs ; enfin les organes de commande, de sécurité et de distribution.

Influence du vent

L’énergie du vent ou énergie éolienne traversant une surface A perpendiculaire à la direction du vent est l’énergie d’une masse d’air en mouvement, encore appelée énergie cinétique. A un instant donné, la puissance d’un vent de vitesse U est proportionnelle au cube de la vitesse du vent ainsi qu’à la surface traversée A. Donc, quand la vitesse du vent double, la puissance est multipliée par 8. Pour obtenir une bonne performance d’une turbine éolienne, il faut une vitesse de vent minimum dans la plage de 5,5 à 7m/s. La puissance nominale (de projet) est la puissance donnée pour un vent déterminé appelé vent nominale. Au-delà de cette vitesse du vent, la puissance est maintienne constante grâce au dispositif de régulation.

Applications des systèmes éoliens 

En général, un système éolien peut être utilisé en trois applications distinctes :
●Systèmes isolés ;
●Système hybrides ;
●Systèmes reliés au réseau.

Les systèmes obéissent à une configuration de base ; ils ont besoin d’une unité de contrôle de puissance et, dans certains cas, d’une unité de stockage.

Systèmes isolés

Les systèmes isolés, petits en général, utilisent quelque forme de stockage d’énergie. Ce stockage peut être fait par des batteries : il faut alors un dispositif pour contrôler la charge et la décharge de la batterie. Le contrôleur de charge a comme principal objectif d’éviter qu’il y ait des dommages au système de batterie par des surcharges ou des décharges profondes. Pour l’alimentation d’équipements qui opèrent avec un réseau alternatif (AC), il est nécessaire d’utiliser un onduleur.

Systèmes hybrides 

Les systèmes hybrides sont ceux qui présentent en plus une source d’énergie comme, par exemple : turbines éoliennes ; génératrices Diesel ; modules photovoltaïques ; entre autres. L’utilisation de plusieurs formes de génération d’énergie électrique augmente la complexité du système et exige l’optimisation de l’utilisation de chacune des sources. Dans ces systèmes, il faut réaliser un contrôle de toutes les sources pour maximiser la livraison de l’énergie à l’utilisateur. En général, les systèmes hybrides sont employés dans des petits systèmes destinés à desservir un nombre plus grand d’utilisateurs. Pour travailler avec des charges à courant alternatif, le système hybride a aussi a besoin d’un onduleur. Dû à la grande complexité des dispositions et à la multiplicité des options, la forme d’optimisation du système nécessite une étude particulière à chaque cas.

Systèmes liés au réseau

Les systèmes liés au réseau n’ont pas besoin de systèmes de stockage d’énergie, donc toute la génération est livrée directement au filet électrique. Ces systèmes représentent une source complémentaire au système électrique grand. Les systèmes éoliens liés au réseau présentent les avantages inhérents aux systèmes de génération distribuée comme : la réduction de pertes, le coût évité d’expansion de filet et la génération au moment de bout quand le régime des vents coïncide avec le sommet de la courbe de charge.

Les convertisseurs statiques du système 

Les convertisseurs de puissance doivent permettre d’associer deux sources de tension, en l’occurrence la source principale d’énergie et l’organe de stockage. Leur rôle principal sera donc de gérer les grandeurs électriques échangées entre ces deux éléments. A ce rôle, le convertisseur statique peut être considéré comme des alimentations en tension et / ou courant alternatif ou continu.

Alimentation du bus continu

Pour alimenter directement en tension continue le bus DC à condensateur, l’on se sert généralement de deux types de convertisseurs statique :
– Un convertisseur AC-DC (Redresseur) lorsque la source énergie éolienne ;
– Un convertisseur DC-AC (Hacheur) lorsque la source énergie solaire ;

Pour convertisseur statique en électronique de puissance ilya trois type des convertisseurs
– Un convertisseur AC-DC (Redresseur) ;
– Un convertisseur DC-AC (Hacheur);
– Un convertisseur DC-AC (Onduleur).

Le convertisseur DC-DC

La conversion d’énergie côté source du système est assurée par un hacheur lorsque la source d’énergie est connectée sur le bus continu. Le hacheur est un convertisseur statique doté d’un ou plusieurs interrupteurs commandés utilisés pour varier de façon périodique la valeur de la tension d’une source de tension continue constante. Il est généralement utilisé comme variateur de courant à tension continue dans les applications industrielles en permettant en ce sens d’élever et ou d’abaisser une tension d’alimentation continue fixe, donnée : Un hacheur est élévateur, lorsque la tension délivrée est supérieure à la tension appliquée à l’entrée ; il est appelé hacheur abaisseur dans le cas contraire, et hacheur inductif lorsqu’il réalise de manière successive ses deux opérations. Les convertisseurs DC-DC utilisés dans notre système de conversion sont considérés comme étant des sources de tension au courant de régulation : ce sont donc des régulateurs.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE I : NOTION GENERALE SUR LES EOLIENNES
1-1-Principe de fonctionnement
1-2- Influence du vent
1-3-Differents types d’éoliennes
1-3-1- Eolienne turbine à axe horizontal
1-3-2- Eolienne turbine verticale
1-4- Application des systèmes éoliens
1-4-1- Systèmes isolés
1-4-2- Systèmes hybrides
1-4-3- Systèmes reliés au réseau
1-5-Conversion d’énergie électrique
1-5-1- Conversion d’énergie solaire
1-5-2- Conversion d’énergie nucléaire
1-5-3- Conversion d’énergie hydraulique
1-5-4- Conversion d’énergie par groupe électrogène
1-5-5- Conversion d’énergie par éolienne
1-6- Les convertisseurs statiques du système
1-7- Alimentation du bus continu
1-7-1- Le convertisseurs AC-DC
1-7-2- Le convertisseur DC-DC
1-7-3- Le convertisseur DC-AC
1-7-4- Modèle développé du système de conversion d’énergie
1-8- Schéma électronique de la chaîne de conversion et principe générale du système de la production d’énergie éolienne
CHAPITRE II : DETERMINATION DU TYPE DE MACHINE ET BILAN DE CHARGE DE L’UNA
2-1-Bilan de charge de l’UNA
2-1-1- Type de systèmes de mesure du vent
2-1-2 Gradient du vent
2-1-3- Réparation du vent
2-1-4- Allure moyenne journalière
2-1-5- Allure moyenne mensuelle, annuelle
2-1-6- Puissance disponible
2-1-7- Calcul des paramètres
2-1-8- Commentaire des courbes obtenues
2-1-9- Charge donné de l’UNA
2-1-9-1- Poste de transformation de l’UNA
2-1-9-2-Mesure et relevée
2-1-9-3- Les résultats de mesures
2-1-10- Situation de la charge de l’ UNA actuel
2-2- Détermination du type d’éolienne et du nombre de pale à utiliser par l’UNA
2-2-1- Détermination du type d’éolienne
2-2-2-Nombre de pale
2-2-3-Type du machine adopter
2-3- Génératrice Asynchrone
2-3-1- Généralités sur les MAS
2-3-1-1- Fonctionnement sur réseau
2-3-2- Avantage et inconvénients des choix
2-3-2-1- Avantage
2-3-2-2- Inconvénients
2-3-1-2- Fonctionnement en génératrice d’une machine asynchrone
2-3-1-3- Génératrices non indépendante
2-3-1-4- Modèles de réglage de vitesse
2-3-1-5- Génératrice autonome
2-3-1-6- Les conditions d’auto- amorçage
2-3-1-7- Calcul de la capacité d’auto- amorçage
2-3-3-6- Amorçage vide
2-3-3-6-1-Définition d’amorçage d’une génératrice
2-3-3-6-2- Influence de la capacité sur l’amorçage
2-3-3-7- Détermination de X n Rfer et
2-3-1-8- Glissements limites
2-3-1-9- La tension rémanent
2-3-3-10- Prise en compte du phénomène de saturation magnétique
2-3-3-11- Transformation étoile- triangle
2-3-3-12- Equation de la charge
CHAPITRE III : MODELISATION ET SIMULATION DE LA MACHINE
3-1- Modélisation MAS
3-2-1-Equation de tension en grandeur de phase
3-1-2- Transformation d’un enroulement triphasé en trois équivalents
3-1-3-Passage du système triphasé au repère de Park
3-1-4- Passage du repère de Park ou triphasé (ou transformation inverse)
3-1-5- Transformation des courants
3-1-6-Equation des tensions
3-1-7-Equation de flux
3-1-8- Transformation de flux du stator
3-1-9- Equation de flux du rotor
3-1-10- Equation de Park d’une machine asynchrone dans différents référentiels
3-1-10-1- Référentiel lié au stator
3-1-10-2-Réferentiel lié au rotor
3-1-10-3- Référentiel immobile par au champ tournant
3-1-11- Equation du couple électromagnétique
3-1-12-Equation du mouvement d’une machine asynchrone
3-1-13-Traduction en schéma bloc des équations d’une machine asynchrone
3-1-13-1- Equation de la machine
3-1-13-2- Traduction en schéma bloc
3-2-Modélisation de turbine éolienne et du couplage mécanique
3-2-1-Introduction
3-2-2-Méthodologie
3-2-3- Modélisation de couplage
3-2-3- Simulations et résultats expérimentaux
3-3-1- Analyse des performances en régime équilibré
3-3-1-1- Influence des variations de la charge
3-3-1-2- Influence des variations de vitesse
3-3-2- Analyse des performance en régime déséquilibré
3-3-2-1- Déconnexion soudaine d’une capacité
3-3-2-2- Influence du déséquilibre de capacité
3-3-2-3- Influence du déséquilibre ou de la déconnexion d’une des trois charges
CONCLUSION

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