présentation énergie éolienne
TRANSCRIPT
RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIREMINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
ETUDE DE L’EFFET DE L’INTEGRATION D’UN PARC
EOLIEN DANS LE RESEAU ALGERIEN
................................... ...................................
UNIVERSITE BADJI MOKHTAR – ANNABAFACULTÉ DES SCIENCES DE L’INGÉNIEUR
DÉPARTEMENT D’ÉLECTROTECHNIQUE
PLAN DE TRAVAIL
Introduction
Généralités sur les énergies renouvelables
Description d’une éolienne
Energie du vent
Transformation de l’énergie éolienne en énergie mécanique
Branchement d’une éolienne au réseau
Impact socio-économique de l’énergie éolienne
Conclusion
IntroductionL’énergie électrique est un élément crucial pour tout développement socio-économique. Elle est devenue dans la vie quotidienne des populations, notamment dans les pays développés, une forme d’énergie dont on ne peut se passer
Donc la production de l’énergie électrique est importante et il est intéressant de pouvoir trouver des solutions afin d’en produire toujours plus mais de manière plus propre et plus durable
L’utilisation de combustibles carbonés comme base de la production représente, du point de vue climatique, un danger aux risques importants. De plus, la consommation d’énergie, toujours en augmentation, fait réduire les réserves en énergies fossiles
Face à ce dilemme, il s’avère nécessaire de faire appel à des sources d’énergie nouvelles qui seront sans conséquence pour l’homme et l’environnement
Dans le cas de notre pays, on est tournées vers le solaire vu le potentiel du pays en la matière, néanmoins, un programme de développement des énergies nouvelles non polluantes sous toute leur forme a été adopté
Actuellement, plusieurs pays sont déjà résolument tournés vers l'énergie éolienne. C'est le cas de l'Allemagne, leader mondial avec une puissance éolienne installée de 12 GW
C’est dans cet objectif que vient s’insérer notre étude qui porte sur cette énergie renouvelable en développement en ce
moment, qui est l’énergie éolienne
Généralités sur
les énergies renouvelables
On considère qu’une énergie est renouvelable, toute source d'énergie
qui se renouvelle assez rapidement pour être considérée comme
inépuisable.
On trouve comme énergies renouvelables:
Énergie solaire
Énergie hydroélectrique
Énergie marémotrice
La biomasse
Énergie géothermique
Énergie éolienne
Énergie solaire
Lumière
Panneau Photovoltaïque
Electricité
Énergie hydroélectrique
ElectricitéCentrale
hydraulique
Eau
Énergie marémotrice
Electricité
Marée hydrolienne
La biomasse
Electricité
Biomasse
Usine biomasse
Énergie géothermique
Electricitéla chaleur stockée dans le sous-sol
Centrale géothermique
Énergie éolienne
Electricité
Eolienne
Vent
Description 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 puis en énergie électrique par l'intermédiaire d'une
génératrice
Développement de l’énergie éolienne
L’énergie éolienne a connu un développement depuis 1995 avec une
progression moyenne de 20 % par an dans le monde.
Le coût de production du kilowattheure a progressivement baissé pour
atteindre un niveau compétitif par rapport aux autres sources d’énergie.
Dans l’ensemble de la puissance installée, l’Europe est le leader,
suivi par l’Amérique du Nord.
Différents types d’éoliennes
Eoliennes à axe
vertical
Eoliennes à axe
horizontal
Eoliennes à axe
vertical
Eoliennes à traînée
différentielle(Rotor Savonius)
Variation cyclique
d’incidence(Rotor Darrieus)
les éoliennes à axe
horizontal
Eolienne amont(face au vent)
Eolienne aval(derrière le
vent)
Architecture d’une éolienne à axe horizontal
Le rotor
La tour
La nacelle
Le Moyeu
Pale
Avantages par rapport aux éoliennes à axe verticale
Les éoliennes à axe horizontal sont les plus employées car :
Leur rendement aérodynamique est supérieur à celui des éoliennes à
axe vertical
L’emprise au sol qui est très faible par rapport aux éoliennes à axe
vertical
Elles ont un coût moins important
Eolienne amont(face au vent)
Eolienne aval(derrière le vent)
Exige l’utilisation des pales rigides pour éviter tout risque de collision avec la tour
Autorise l’utilisation de rotors plus flexibles
L’écoulement de l’air sur les pales est peu perturbé par la présence de la tour
Auto-orientable dans le lit du vent
Doit généralement être orientée à l’aide d’un dispositif spécifique
L’air est plus ou moins perturbé par la présence de la tour
On constate néanmoins que la majeure partie
des éoliennes de grande puissance adoptent la
configuration « amont »
Type d'installation
On retrouve l’éolienne dite individuelle installée en site isolé.
L'éolienne n'est pas raccordée au réseau, elle n'est pas reliée à
d'autres éoliennes.
Sinon les éoliennes sont regroupées sous forme de fermes
éoliennes (parc éolien), raccordées au réseau.
Les installations peuvent être réalisées sur terre ou de plus en plus en mer avec les fermes éoliennes offshores où la
présence du vent est plus régulière
Energie du
vent
Tout comme l'énergie qui se trouve dans les combustibles fossiles,
les énergies renouvelables sont dérivées de l'énergie solaire.
Environ un à deux pour cent de l'énergie émise par le soleil est
convertie en énergie éolienne.
L’énergie cinétique contenue dans le vent est transformée en partie
en énergie mécanique par la turbine, puis en énergie électrique par
le générateur.
Causes du vent
Le vent est un sous-produit de l’énergie primaire provenant du soleil.
Le soleil chauffe la Terre de façon inégale.
Des endroits plus chauds que des autres.
Dans les endroits chauds, la chaleur est transférée de la surface à l’air.
Donc l’air chaud monte, et de l’air plus froid et plus dense prend très
vite sa place, ce qui produit un courant.
C’est ce processus qui crée le vent
L'énergie du ventL’énergie du vent est l’énergie cinétique de l’air qui traverse une certaine surface S.
Une éolienne capte l'énergie cinétique du vent et la convertit en un couple qui fait tourner les pales du rotor.
Trois facteurs déterminent l'énergie du vent balayée par le rotor :
la densité de l'air
surface balayée par le rotor
la vitesse du vent
Transformation de l’énergie éolienne
en énergie mécanique
L’énergie du vent est transformée en énergie mécanique par le rotor
de l’éolienne
Le rotor de l’éolienne est composé des pales
Description d’un rotor d’une éolienneLes éoliennes classiquement utilisées actuellement pour la production
électrique sont à axe horizontal et avec une hélice à trois pales à pas variable
permettant de s’adapter aux différentes conditions de vent.
Présentation d’une pale
Présentation d’une pale
Extrados
Intrados
L : Longueur de la pale
C : Corde de la palle
Vent
Rotation
Vent
Sens de déplacement
Vent
Vent relatif
Couple
Bilan des forces sur une pale
Du fait de la rotation de l’hélice, la vitesse circonférentielle de la pale est
différente selon que l’on se place au centre ou à l’extrémité de l’hélice.
Le profil de la pale va en s’affinant vers son extrémité. Ces deux
caractéristiques permettent à la pale de fonctionner dans des conditions
aérodynamiques semblables sur toute sa longueur.
Energie cinétique du vent – conversion en énergie mécanique
Puissance du vent :
La masse d'air traversant le rotor est :
La puissance cinétique disponible sur la turbine est :
Si on représente la caractéristique correspondante à l'équation , on
s'aperçoit que ce ratio (coefficient de puissance Cp) présente un max de
16/27 soit 0,59 (Limite de Betz).
La relation de la puissance mécanique :
permet d'établir un ensemble de caractéristiques donnant la puissance disponible en fonction de la vitesse de rotation du générateur pour différentes vitesses de vent.
Systèmes de régulation de la vitesse de rotation de l’éolienne
Système à décrochage aérodynamique "stall"
Système d'orientation des pales "pitch"
Branchement d’une éolienne au
réseau
Conversion mécanique – électrique
La génératrice est l'élément d'une éolienne qui transforme l'énergie
mécanique en énergie électrique.
Génératrices synchrones ou asynchrones
machines asynchrones
Machine asynchrone à
cage d'écureuil
La machine asynchrone à
double alimentation (MADA) avec rotor
bobiné
Machines synchrones
(Alternateurs)
Machines asynchrones (Machines à induction)
Systèmes utilisant la machine asynchrone à cage d'écureuil
MAS à cage directement reliée au réseau
MAS à cage reliée au réseau par redresseur-onduleur
Machine asynchrone à double alimentation type "brushless"
Systèmes utilisant la machine asynchrone à double alimentation avec rotor bobiné
La MADA avec rotor bobiné présente un stator triphasé identique à celui
des machines asynchrones classiques et un rotor contenant également un
bobinage triphasé .
Modélisation de la machine asynchrone à rotor bobinéNous parton des équations générales de la machine asynchrone à rotor bobiné qui
s’écrivent, dans un repère triphasé, de la manière suivante :
[Vs] et [Vr] les tensions statoriques et rotoriques de la machine.
[Is] et [Ir] les courants statoriques et rotoriques de la machine.
[φs] et [φr] les flux statoriques et rotoriques de la machine.
[Rs] et [Rr] les résistances des enroulements statoriques et rotoriques de la machine.
Nous allons maintenant décrire la modélisation dans un repère tournant diphasé (d, q)
en utilisant les transformations de Park et de Concordia permettant la conservation
des puissances.
Vds, Vqs, Vdr et Vqr les tensions statoriques et rotoriques directs et en quadrature du système diphasé.
Ids, Iqs, Idr et Iqr les courants statoriques et rotoriques directs et en quadrature du système diphasé. θs l’angle électrique du champ tournant statorique. θr l’angle électrique du champ tournant par rapport au rotor. φds, φqs, φdr et φqr les flux statoriques et rotoriques directs et en quadrature du système diphasé.
Structure de Scherbius avec convertisseurs MLI
Les interrupteurs utilisés ici sont des transistors IGBT
Fréquence de commutation élevée
Permet de limiter les perturbations harmoniques
OBJECTIF !L’objectif de notre étude est de voir l’effet de l’implantation d’un parc éolien dans le
réseau Algérien, donc on a choisi la région de Souk-Ahras comme site
d’implantation.
Donc on a récupéré la liste des différentes vitesses du vent de la région de Souk-
Ahras, donnée par la station météorologique, mesurées durant l’année 2008.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120
2
4
6
8
10
12
mois
v (m/s)
Jan Fév Mar Avr Mai Jui Juil Aoû Sep Oct Nov Déc
Les vitesses max mensuelles de l’année 2008
Et on a travaillé avec les vitesses du mois de Janvier 2008, dont les vitesses
moyennes journalières sont représenté dans ce graphe.
V (m/s)
Jour0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10Vitesse du vent du mois de Janvier
1
2 3
4
5
6
Ces éoliennes utilisent le système de Scherbius avec convertisseurs MLI Le parc éolien qu’on va
installer, est composé
de 6 éoliennes de 1,5
MW chacune. Moins polluant
PROBLEMATIQUE
Néanmoins, la nouvelle technologie adoptée dans les éoliennes à vitesse
variable sont à base de convertisseur avec des transistors IGBT commandés en
MLI (Structure de Scherbius), permettent de limiter le mieux possible la
production des harmoniques.
L’utilisation des interfaces d’électronique de puissance dans les systèmes
éoliens génère des perturbations harmoniques au réseau.
On veut savoir
Est-ce que le raccordement de ce système sans l’utilisation d’un moyen
de filtrage n’affecte pas le réseau électrique?
Parc éolien Charge
Jeu de barre BT
Jeu de barre MT
Le Taux de Distorsion Harmonique (THD)
La puissance active et réactive au jeu de barre BT
La puissance active et réactive au jeu de barre MT
Les tensions efficaces au jeu de barre BT
Les tensions efficaces au jeu de barre MT
Les courants efficaces au jeu de barre BT
Les courants efficaces au jeu de barre MT
0 5 10 15 20 25 30 350
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14THD
Sans filtre
0 5 10 15 20 25 30 350
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025THD
Avec filtre
Le Taux de Distorsion Harmonique
Sans filtre Avec filtre
La puissance active au jeu de barre BT
0 5 10 15 20 25 30 350
1
2
3
4
5
6P B 575
0 5 10 15 20 25 30 350
1
2
3
4
5
6P B 575
Sans filtre Avec filtre
La puissance réactive au jeu de barre BT
0 5 10 15 20 25 30 35-0.14
-0.12
-0.1
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0Q B 575
0 5 10 15 20 25 30 35-0.12
-0.1
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0Q B 575
Sans filtre Avec filtre
La puissance active au jeu de barre MT
0 5 10 15 20 25 30 35-5
-4
-3
-2
-1
0
1P B 25
0 5 10 15 20 25 30 35-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1P B 25
Sans filtre Avec filtre
La puissance réactive au jeu de barre MT
0 5 10 15 20 25 30 35-0.25
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2Q B 25
0 5 10 15 20 25 30 35-0.8
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0Q B 25
Sans filtre Avec filtre
Les tensions efficaces au jeu de barre BT
0 5 10 15 20 25 30 350
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8Va eff B 575
0 5 10 15 20 25 30 350
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8Va eff B 575
Sans filtre Avec filtre
Les tensions efficaces au jeu de barre MT
0 5 10 15 20 25 30 350.706
0.707
0.708
0.709
0.71
0.711
0.712
0.713Va eff B 25
0 5 10 15 20 25 30 350.7065
0.707
0.7075
0.708
0.7085
0.709Va eff B 25
Sans filtre Avec filtre
Les courants efficaces au jeu de barre BT
0 5 10 15 20 25 30 350
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45Ia eff B 575
0 5 10 15 20 25 30 350
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45Ia eff B 575
Sans filtre Avec filtre
Les courants efficaces au jeu de barre MT
0 5 10 15 20 25 30 350
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4Ia eff B 25
0 5 10 15 20 25 30 350
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4Ia eff B 25
Donc on constate que malgré la légère dégradation des signaux, on préfère l’utilisation d’un filtre, pour permettre à l’éolienne de produire une énergie électrique de meilleure qualité.
Impact socio-économique des
éoliennes
L’implantation d’un nouveau parc éolien, que se soit sur terre ou sur mer, doit être munie par des études préliminaires très approfondies :
Impact sur le milieu naturel
Le bruit et les émissions sonores
L’intégration paysagère
la sécurité des installations
ConclusionLe développement de l’éolien s’inscrit dans le cadre de la promotion des énergies renouvelables, face auxdangers que représente à l’échelle planétaire le recours massif aux énergies fossiles.
D’autre part l’énergie éolienne bénéficie d’une façon générale d’une bonne image auprès du public malgré les oppositions locales qui naissent fréquemment autour des projets pour des motifs environnementaux.
En fait, l’éolien industriel qui aujourd’hui ne s’impose toujours pas économiquement, voit son développement lié aux politiques plus ou moins incitatrices propres à chaque pays, ce qui conduit à des situations très contrastées d’un pays à un autre.
de Votre
Attenti
on
Merci