I. INTRODUCTION
II. FONCTIONNEMENT D'UNE EOLIENNE
II.1 QUELQUES ELEMENTS DE L'EOLIENNE
III. EXPERIENCE PRATIQUE
III.1 REDRESSEMENT DU COURANT

III.2 FILTRAGE

III.3 REGULATION

III.4 CONCLUSION DE L'EXPERIENCE

IV. CONCLUSION DU TPE
V. SITES INTERESSANTS

I. INTRODUCTION Il existe de nombreux types d'éoliennes dut à la diversité des demandes. En effet, elles peuvent être utilisées par des particuliers, dans ce cas se sont de petites éoliennes domestiques isolées ou bien elles sont reliées au réseau électrique du pays, il s'agit donc de grandes éoliennes formant une centrale d'aérogénérateurs.
    L'éolienne est un moyen de production d'énergie écologique (elle fait partie des énergies renouvelables) mais sa place dans la production mondiale et surtout française est encore très faible (inférieur a 1%) car son coût est élevé pour un rendement insuffisant. Elle intervient donc en supplément des autres formes de production.
    Mais les éoliennes présentent des inconvénients, essentiellement au niveau de la fiabilité dût à l'érosion, du bruit qu'elles engendrent, des problèmes de branchement au réseau national et les variations des vents qui demandent une technologie importante et coûteuse pour permettre la stabilité de la vitesse des moteurs asynchrones. Mais la progression des technologies ouvre de nouvelles perspectives.
II. FONCTIONNEMENT D'UNE EOLIENNE
 
Une éolienne est constituée d'un mât en haut duquel se situe une nacelle. Dans cette nacelle se trouvent les principaux dispositifs de production d'énergie. Tout d'abord l'énergie cinétique du vent est transformée en énergie mécanique due à un mouvement de rotation du rotor. Celui-ci est entraîné par le moyeu qui supporte les pâles. La rotation du rotor est transmise à la boîte de vitesses par l'intermédiaire de l'arbre primaire. La boîte de vitesses permet d'adapter la vitesse de rotation à celle du générateur. De la boîte de vitesses sort l'arbre secondaire qui transfère le mouvement au générateur. Ce dernier a pour rôle de transformer l'énergie mécanique en énergie électrique généralement alternative.
2.1. QUELQUES ELEMENTS DE L'EOLIENNE
GENERATEUR ELECTRIQUE : C'est un alternateur. La rotation de l'arbre entraîne un aimant dans une bobine produisant ainsi le courant. Le problème qui se pose est la vitesse de ces moteurs asynchrones qui ne cesse de varier en fonction du vent. Il existe une solution qui consiste à installer deux génératrices, une pour les basses vitesses et l'autre pour les hautes vitesses.

ARBRE PRIMAIRE : C'est l'arbre à la rotation la plus lente car il se situe avant la boîte de vitesses et après le rotor. Il transmet le mouvement du rotor à la boîte de vitesses.

BOÎTE DE VITESSES : C'est un système d'engrenages qui permet de coupler le rotor avec le générateur. Elle se situe entre le rotor et le générateur. La plupart des petites éoliennes de moins de 15kW n'en ont pas.

ARBRE SECONDAIRE : Plus rapide que l'arbre primaire car sa vitesse a été multipliée par la boîte de vitesses. Il transmet donc le mouvement de rotation adapté au générateur. Sur les petites éoliennes, il n'y a pas de boîte de vitesses donc l'arbre secondaire est inexistant car il y a un arbre unique.

DISQUE DE FREINAGE : Il est déclenché à un seuil prédéterminé par un détecteur de vitesse de vent (anémomètre). Ce dispositif permet l'arrêt total de l'éolienne et pas seulement son ralentissement, ce qui assure la sécurité. Le frein est relâché lorsque le vent baisse d'intensité. Le dispositif peut aussi être déclenché lorsqu'il y a un problème sur le réseau.
Il existe d'autres systèmes de freinage :

  • Système de contrôle par force centrifuge : lorsque la vitesse augmente, elle entraîne deux masses qui s'éloignent du centre et donc font ralentir mais ne stoppe pas l'éolienne.
  • Régulation et freinage par gouvernail articulé : détourne l'éolienne de la perpendiculaire au vent. Ne fait que la ralentir.
  • Freinage par basculement de l'éolienne sur le dos : système doté d'un ressort permettant l'inclinaison de la nacelle. Dispositif utilisé uniquement pour les petites éoliennes

    • III. EXPERIENCE PRATIQUE
    L'expérience réalisée est un montage qui correspond à la fonction de l'éolienne qui permet le redressement du courant de sortie du générateur, qui est alternatif, en courant continu exigé pour son stockage en batterie. Cette expérience se compose de trois étapes. Tout d'abord le redressement est effectué par un pont de diodes, puis grâce à un condensateur on obtient le filtrage et enfin on régule le courant.
    3.1. REDRESSEMENT DU COURANT
    Le redressement est effectué par un pont de diodes. Le transformateur de courant (Valim) fournit de l'alternatif de 12V ; la résistance est de 1000 ohms. L'oscilloscope visualise le courant redressé aux bornes de la résistance.
      VISUALISATION

      On constate que la tension alternative du départ (en rouge) est redressée (en vert) ainsi les valeurs ne sont jamais négatives et le courant passe toujours dans le même sens à travers la résistance R.
    3.2. FILTRAGE
      Il est réalisé par un circuit RC. Pour avoir un meilleur filtrage on place un condensateur d'une forte valeur.
      Mais pour l'expérience elle sera de 47µF.

      VISUALISATION


      On visualise maintenant une tension redressée et filtrée aux bornes de la résistance (en vert).
      Ici, le courant passe toujours dans le même sens dans la résistance et ne s'annule plus jamais, il est beaucoup plus régulier que tout à l'heure. C'est le condensateur qui stocke puis restitue l'énergie électrique à travers la résistance, ce qui permet de régulariser le courant qui la traverse (on parle de lissage ou encore de filtrage).
    3.3. REGULATION
      Pour répondre aux exigences des divers appareils, le courant doit toujours être constant (on parle de courant continu). On installe alors un régulateur aux bornes du condensateur. Il a aussi pour rôle d'éviter les micros coupures. Ainsi on obtient un courant parfaitement stable qui permet la répartition de celui-ci dans les différentes structures, notamment le stockage en batterie.
      On visualise le courant aux bornes du régulateur (Output et Ground).

      VISUALISATION

       

    3.4. CONCLUSION DE L'EXPERIENCE
    Ces trois étapes transforment le courant alternatif de la sortie du générateur de l'éolienne en courant continu. C'est une étape importante pour la plupart des éoliennes dont le fonctionnement irrégulier nécessite le stockage. On constate que la technologie d'aujourd'hui permet de réaliser cette fonction assez simplement.


    IV. CONCLUSION DU TPE
     

    LE STOCKAGE DE L'EXCES DE PUISSANCE DE L'AEROGENERATEUR
     

    Le stockage dans des batteries a souvent été essayé, mais le coût de la structure et la technologie, critique pour la conversion alternatif - continu - alternatif, rend cette approche inacceptable pour les réseaux de 100 à 1000 kW.

    Le stockage des pointes de puissance dues aux coups de vent a aussi été réalisé au moyen de volants d'inertie*, mais de nouveau le coût et la maintenance élevés rendent cette solution non avantageuse (cf.site cachan).

    Mais néanmoins actuellement le stockage en batterie est la seule solution réellement appliquée, que ce soit pour des petites ou de grandes éoliennes.


    V. SITES INTERESSANTS
    www.eole.org
    www.lemonde.fr/les éoliennes sont dans le vent
    www.lemonde.fr/les éoliennes ont le vent en poupe dans le nord de la France
    http://ciele.org/filieres/eolien.htm
    www.multimania.com/fabmich/
    http://www.lesir.ens-cachan.fr/ Stockage par volant d'inertie (entre-autres)
    www.inti.be/ecotopie/
    http://cern.web.cern.ch/CERN/Clubs/SolarClub/solairehome.html
    www.einev.ch/labos
    http://www.citeweb.net/ageden/eolien.htm
    http://www.chez.com/wind/html/body_europe.html
    http://www.edf.fr/retd/
    http://www.windpower.dk/fr/faqf.htm
    http://www.ireseau.com/usagers/sylvainl/index.htm
    http://www.espace-eolien.fr/
    http://www.presscom.com/fwindfarms.shtml
    http://compagnons-eole.virtualave.net/eole/imag.htm
    http://www.id-net.fr/~brolis/sp/chemin/eole.html
    Et pour terminer, le grand avenir des éoliennes : l'offshore ...
     
     
     
     
     
    http://www.windpower.dk/tour/wres/offshore.html

     


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