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L’intense industrialisation en plus de l’utilisation croissante des appareils domestiques électriques ont fait que la demande en énergie électrique ne cesse d’augmenter lors de ses dernières décennies. Les différentes centrales de production d’électricité conventionnels utilisent des sources fossiles voir même fissiles. Afin de diminué la pollution et de préservé ses ressources fossiles pour les futures générations, les chercheurs ont fait appel aux énergies dites « nouvelles et renouvelables ». L’énergie éolienne est parmi les énergies renouvelables ayant connues la plus forte expansion ses dernières années grâce aux avantages qu’elle apporte. Cette source s’est imposée comme une énergie complémentaire aux énergies traditionnelles .
En 2019, près de 60,4 GW de capacités éoliennes ont été installées dans le monde (dont 6,1 GW offshore), soit 19% de plus qu’en 2018 (50,7 GW). Il s’agit de « la deuxième meilleure année » de développement dans l’histoire de la filière. Au total, la puissance installée du parc éolien mondial atteignait 651 GW à fin 2019 .
Principe de fonctionnement d’une éolienne :
Un aérogénérateur, plus communément appelé éolienne, est un dispositif qui transforme une partie de l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique disponible sur un arbre de transmission puis en énergie électrique par l’intermédiaire d’une génératrice.
Structure d’une éolienne :
Les éléments constituant un aérogénérateur sont :
1 : Pales en composite fibre de verre. Pas fixe, profile de type stall.
2 : Moyeu du rotor en fonte.
3 : Structure de la turbine en fonte ductile ou en acier soudé galvanisé à chaud.
4 : Paliers du rotor à double rangée de billes.
5 : Arbre lent du rotor en acier haute résistance.
6 : Multiplicateur de vitesse à 3 étages (1 train épicycloïdal et 2 trains parallèles).
7 : Frein à disque sur l’arbre rapide avec témoin d’usure.
8 : Accouplement avec la génératrice de type flexible.
9 : Génératrice (800/2000 kW) asynchrone refroidie à l’eau.
10 : Radiateur de refroidissement intégré au système multiplicateur-génératrice.
11 : Système de mesure de vent (anémomètre et girouette).
12 : Système de contrôle surveille et pilote la turbine.
13 : Système hydraulique pour les freins d’extrémité de la pale et le système d’orientation.
14 : Entraînement d’orientation de la tourelle à deux trains d’engrenages.
15 : Paliers du système d’orientation équipés d’un frein à disque.
16 : Capot de la nacelle en structure acier recouvert de composite fibre de verre. Tour en acier tubulaire (plusieurs hauteurs possibles).
Le développement de l’électronique de puissance a permis l’amélioration des performances des aérogénérateurs, leur permettant de fonctionner dans une plus grande plage de vitesse pour le cas de l’utilisation de génératrice à double alimentation.
Evaluation de l’énergie éolienne en Algérie :
Avec les nouveaux engagements visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre et l’épuisement des ressources pétrolières, la production de l’électricité à partir des énergies renouvelables est devenue une solution inévitable, prédominante et efficace. En Algérie, de nombreuses études portant sur l’intégration des sources d’énergie renouvelables dans le système électrique ont été élaborées afin d’accompagner la politique énergétique du gouvernement. Pour la technologie de l’énergie éolienne, visant à relever la puissance éolienne installée à 5010 MW à l’horizon 2030. [6] L’Algérie présente un potentiel éolien considérable qui peut être exploité pour la production d’énergie électrique, surtout dans le sud où les vitesses de vents sont élevées et peuvent dépasser 4m/s (6m/s dans la région de Tindouf), et jusqu’ à 7 m/s dans la région d’Adrar. [6] Les ressources énergétiques de l’Algérie ont déjà été estimées depuis les années 90 illustré par la production des atlas de la vitesse du vent et du potentiel énergétique éolien disponible en Algérie. [7] Ceci a permis l’identification de huit zones ventées susceptibles de recevoir des installations éoliennes.
• Deux zones sur le littoral
• Trois zones sur les hauts plateaux
• Quatre zones en sites sahariens.
Grâce à une répartition géographique plus ou moins uniforme entre le Sud et le Nord, le nouvel Atlas Vent à 10 mètres du sol « reflète des changements dans l’estimation de la ressource éolienne comparée aux atlas précédents, particulièrement au Sahara ». Ainsi, le site d’In Salah affiche une vitesse moyenne du vent de 6,4 mètres/seconde (m/s) à côté d’Adrar qui enregistre 6,3 m/s. La wilaya d’Illizi, dotée d’une dizaine de stations, montre des vitesses dépassant les 5 m/s tandis que le site de Hassi R’Mel affiche des vitesses moyennes assez importantes atteignant 6,5 m/s. Dans le cas des Hauts-Plateaux, il est constaté que dans l’extrême ouest, la région de Mecheria affiche une vitesse moyenne de 5,6 m/s. Une vitesse de 5,6 m/s est enregistrée à Tiaret et de 5,1 m/s à Djelfa, tandis qu’à M’sila, la vitesse moyenne est de 5,3 m/s. Mais selon le CDER, bien que cet atlas préliminaire donne des informations utiles pour la quantification du potentiel existant, il reste insuffisant pour le choix des sites éligibles à l’implantation de fermes éoliennes.
Les générateurs Asynchrones à Double Alimentation ou « Double Fed Induction Generator » DFIG sont largement intégrés dans les aérogénérateurs, employés pour leurs possibilités de travailler dans une large gamme de vitesse. Dans ce chapitre, on effectuera l’étude et la simulation des performances d’un aérogénérateur formé d’une génératrice à double alimentation connectée au réseau alimentant une charge non linéaire. En premier lieu, nous présenterons l’essentiel de la génératrice asynchrone à double alimentation à savoir sa structure, les différents modes de fonctionnement, ces applications, ces avantages et inconvénient etc. Ensuite on détaillera sa modélisation en présentant la commande directe. En dernier lieu, le model d’un réseau électrique débitant sur une charge non linéaire avec sa simulation va nous permettre de mettre en évidence les performances de notre génératrice.
Etat de l’art de la M.A.D.A
La M.A.D.A en mode générateur a fait l’objet de nombreuses études ces dernières années. Sa particularité principale est qu’elle peut fournir de la puissance au réseau par le stator et/ou via le rotor. Elle permet grâce à cette structure d’obtenir un bon rendement sur une large plage de vitesse de vent avec un coût raisonnable car elle utilise des convertisseurs de puissance faiblement dimensionnés.
On notera principalement deux orientations, la première s’intéresse au contrôle de la puissance active et réactive statorique ainsi que sur les formes d’ondes des courants de la machine. L’analyse des courants statoriques et rotorique permet d’affirmer que certaines harmoniques du courant rotorique sont transmises à l’enroulement statorique. La seconde s’est intéressée aux phéromones électriques des enroulements statoriques reliés au réseau électrique. L’avantage d’une telle structure est qu’elle permet le réglage indépendant des puissances fournies par l’alimentation en plus du fonctionnement sur une large plage de vitesse.
Structure de la M.A.D.A à rotor bobiné
La M.A.D.A présente un stator triphasé identique à celui d’une machine asynchrone classique dite à cage d’écureuil, constituée le plus souvent de tôles magnétiques empilées, munies d’encoches dans lesquelles viennent s’insérer des enroulements décalées de 120° dans l’espace et un rotor qui n’est par contre plus une cage d’écureuil, mais il est constitué d’un bobinage triphasé connectés en étoile dont les extrémités sont reliées à des bagues conductrices sur lesquelles viennent frotter des balais lorsque la machine tourne.
Domaine d’application de la M.A.D.A
La M.A.D.A est très utilisée en mode générateur dans les applications suivantes :
• L’énergie renouvelable notamment dans les systèmes éoliens.
• Les générateurs des réseaux de bord des navires ou des avions.
• Les centrales hydrauliques à débit et vitesse variables.
La M.A.D.A peut être utilisée aussi dans d’autres applications importantes nécessitant un fort couple de démarrage, tel que :
• La métallurgie avec les enrouleuses et les dérouleuses de bobines.
• L’application de levage, les ascenseurs, les monte-charges etc.
• La traction électrique et les systèmes de pompage.
Introduction Générale |
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