Configuration schématique d’une station éolienne
Une station éolienne est composée essentiellement des éléments suivants : un aérogénérateur : Il est constitué d’un aéromoteur à deux ou trois pales et un générateur électrique qui peut être, soit, accouplé à l’aéromoteur dans le cas le plus simple, l’hélice est alors montée directement sur l’axe du générateur électrique ; soit, entraîné par un multiplicateur placé entre les deux.
En effet, nous verrons que la fréquence de rotation « N » est liée au diamètre « D » de l’hélice et que elle diminue quand ce dernier augmente.
un pivot d’orientation : Il permet à la machine de présenter l’hélice au vent, quelque soit sa direction. L’énergie électrique produite est transmise de la partie orientable à celle fixe de l’aérogénérateur solide au pylône support, par l’intermédiaire du dispositif à collecteur associé au pivot. un gouvernail, un pylône support d’aérogénérateur :
C’est une partie importante pour différentes raisons : sa hauteur : il doit se trouver en dehors des perturbations dues au sol et aux obstacles environnants. sa fréquence propre : comme toute machine tournante est le siège de vibration, il est donc essentiel que la fréquence propre du pylône soit très différente des fréquences de vibration fondamentale et harmonique engendrées par l’aérogénérateur. sa conception vis-à-vis de l’entretien : c’est-à-dire que si le pylône ne permet pas un entretien et des visites faciles, la machine sera mal entretenue et sa durée de vie sera ensuite réduite.
sa robustesse : Le pylône doit être calculé pour résister aux surcharges ou aux contraintes dues à un fonctionnement temporairement anormal de l’aérogénérateur.
Applications des éoliennes
Une éolienne offre un intérêt particulier par la possibilité de récupérer l’énergie cinétique présente dans le vent.
Cette énergie qui est principalement transformée en énergie mécanique de rotation peut être exploitée de deux façons :
soit directement pour entraîner par exemple une pompe de relevage d’eau,… soit pour entraîner une génératrice électrique.
Dans la plupart des cas, c’est-à-dire dans la production électrique, on peut distinguer deux types de configuration : l’énergie est stockée dans des accumulateurs pour son utilisation ultérieure; l’énergie est utilisée directement par injection sur un réseau de distribution.
Les applications électriques d’une énergie éolienne permettent d’une part de compléter les besoins en énergie électrique avec les moyens traditionnels de production (centrales thermiques classiques, barrage,…) pour les régions disposant des infrastructures existantes et d’autre part de fournir de l’électricité aux sites non raccordés à un réseau de distribution, conduisant à leur désenclavement.
Différents types d’éolienne
Il existe deux types d’éolienne :
Eolienne à axe horizontal
L’axe de rotation ou l’axe de transmission est placé horizontalement par rapport au sol. C’est le type d’éolienne le plus répandu à cause de ses avantages de posséder un bon rendement théorique et de développer des puissances élevées pouvant atteindre plusieurs mégawatts. Malgré ces avantages, il présente quand même un inconvénient majeur. En effet, il doit s’orienter de lui-même face au vent, ce qui malheureusement élève le seuil de déclenchement. On distingue deux catégories d’éolienne à axe horizontal selon le paramètre de rapidité ou vitesse spécifique λ0 qui est le rapport de la vitesse de l’hélice en bout de pale par la vitesse du vent.
Eolienne à axe vertical
Pour ce type d’éolienne, son axe de rotation est placé verticalement ou perpendiculaire au sol. Il possède l’énorme avantage de pouvoir capter de vents très faibles, il démarre à de faibles vitesses de vent de l’ordre de 2m/s. Il est presque utilisé pour le pompage de l’eau.
Mais l’éolienne à axe vertical est moins rapide que les modèles à axe horizontal, ce qui fait qu’on doit recourir à des systèmes de démultiplication de vitesse si on veut l’utiliser dans la production d’électricité. Les modèles les plus communs sont le type Darrieus reposant sur l’effet de portance d’un profil soumis à l’action du vent relatif et Savonius constitué par de deux demi – cylindres dont les axes sont décalés l’un par rapport à l’autre. Il existe quatre sortes de rotors Darrieus : le rotor cylindrique, le rotor tronconique, le rotor à variation cyclique et le rotor parabolique.
Caractéristiques d’une hélice
En général, une hélice est caractérisée par : son axe : c’est l’axe de rotation de l’hélice ; son diamètre : c’est le diamètre du cercle balayé par les pales ;
l’axe de la pale : c’est l’axe longitudinal autour duquel on peut faire varier l’angle d’inclinaison de la pale par rapport au plan de rotation de l’hélice ;
le profil de la pale : c’est la section engendrée par le cylindre d’axe. Ce profil varie avec la distance r qui le sépare de l’axe de rotation ;
l’angle de calage d’un profil noté α : c’est l’angle que fait la corde du profil avec le plan de rotation de l’hélice ;
le pas d’une hélice, le pas d’une section ou d’un profil situé à une distance r de l’axe qui est égal à la distance correspondant à une avance fictive pour une rotation d’un tour d’une hélice.
Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 :GENERALITES SUR L’EOLIENNE
1 – 1 Introduction
Afin de mieux optimiser l’étude du comportement de l’installation éolienne, nous avons réalisé un prototype d’un aérogénérateur classique 500 W à alternateur discoïde. Ce prototype a été surtout conçu selon le contexte local et destiné aux activités de recherche menées par l’IME (Institut pour la Maîtrise de l’Energie) dirigé par Monsieur le Pr. Minoson RAKOTOMALALA, en matière d’éolienne. Pour ses éléments constitutifs, nous avons choisi et procédé comme suit :
1 – 2 Historique
1 – 3 – Potentiel éolien de la zone boréale de Madagascar
1 – 4 Configuration schématique d’une station éolienne
1 – 5 Applications des éoliennes
1 – 6 Différents types d’éolienne
1 – 6 – 1 Eolienne à axe horizontal
1 – 6 – 2 Eolienne à axe vertical
1 – 6 – 2 – 1 Traînée différentielle
1 – 6 – 2 – 2 Variation cyclique d’incidence
1 – 7 Critères d’implantation
1 – 8 Bruits au niveau de l’éolienne
1 – 9 Théorie générale des hélices d’un aérogénérateur à axe horizontal
CHAPITRE 2 :PALES
2 – 1 Caractéristiques d’une hélice
2 – 2 Diamètre du rotor
2 – 3 Profil de l’hélice
2 – 3 – 1 Types de profil
2 – 4 Largeur de pale
2 – 4 – 1 Variation des coefficients en fonction de l’incidence « in »
2 – 4 – 2 Variation de « in » en fonction de la distance à l’axe
2 – 5 Variation de vitesse du vent en fonction de l’altitude
2 – 6 Vitesse de rotation « N »
2 – 7 Efforts axiaux et tangentiels
2 – 7 – 1 Vitesse relative
2 – 7 – 2 Poussée axiale et Couple moteur
2 – 7 – 3 Poussée du vent sur l’hélice et couple moteur produit
2 – 8 Matériaux employés pour la confection des pales
2 – 9 Fixation des pales
2 – 9 – 1 Visserie
2 – 9 – 2 Axe de la pale
CHAPITRE 3 :MOYEU – GOUVERNAIL – SUPPORTS DE GENERATRICE
3 – 1 Moyeu
3 – 1 – 1 Caractéristiques générales des roulements
3 – 1 – 2 Caractéristiques mécaniques des roulements par série de
3 – 2 Gouvernail
3 – 2 – 1 Principe
3 – 2 – 2 Surface du gouvernail
3 – 2 – 3 Coordonnées du centre de gravité
3 – 3 Supports de génératrice
3 – 3 – 1 Palier de giration
3 – 3 – 2 Ecartement du moyeu par rapport à l’axe de giration
3 – 3 – 3 Support de génératrice
3 – 3 – 4 Pattes de support du stator
3 – 4 Théorie du système d’effacement latéral
3 – 4 – 1 Fonctionnement du safran articulé d’effacement latéral
CHAPITRE 4 :PIVOT – MAT – HAUBANS – PRESENTATION ET CONCEPTION DU LOGICIEL DE DIMENSIONNEMENT DE PALE
4 – 1 Axe pivot
4 – 2 Efforts agissant sur le mât ou pylône
4 – 3 Diamètre des câbles
4 – 4 Diamètre des vis de scellement
4 – 4 – 1 Profondeur d’ancrage
4 – 4 – 2 Dimension du béton semelle
4 – 4 – 3 Fixation des haubans
4 – 5 Présentation et conception du logiciel de dimensionnement de pale
4 – 5 – 1 Généralité
4 – 5 – 2 Organigramme
4 – 5 – 3 Algorithme général
4 – 5 – 4 Guide d’utilisation
CONCLUSION GENERALE
Annexes
Références bibliographiques
