Energie ©olienne Energie ©olienne

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  • Energie olienne

    UNIVERSITE HASSAN II - MOHAMMEDIAFACULTE DES SCIENCES BEN M'SIK

    Energie olienne

    1N.Belouaggadia

  • PLAN

    Historique

    P t ti l d li Potentiel des oliennes

    Modlisation dun coulement autour dune li S iolienne Savonius

    Intgration dune olienne Savonius dans le b ibtiment

  • Rapides historiquesRapides historiques

    Le moulin vent est l'anctre del'olienne. Il est apparu au Moyen-Age en Europe.

    La Rvolution Industrielle offre unnouveau dpart aux moulins parl'apparition de nouveaux matriauxl apparition de nouveaux matriaux.En effet, l'utilisation de mtal permetde modifier les formes des tours etaugmente considrablement leaugmente considrablement lerendement des machines que l'onnomme dsormais oliennes .

    3N.Belouaggadia

  • Eoliennes modernes

    Le profil des pales est tudi et lesingnieurs s'inspirent des profils desailes d'avion

    Photographie d'une ferme olienne

    ailes d'avion.

    Ferme olienne offshore de Middelgrunden (Danemark)

    4

  • Quest-ce que les centrales oliennes fournissent?

    lectricit pour

    oliennes fournissent? Les rseaux centraux

    Les rseaux isolsParc olien de San Gorgino, Palm Springs, Californie, tats-Unis

    Les systmes hors rseau

    Le pompage de leaumais aussi

    Renfort pour les rseaux fragilesfragiles

    Diminution de lexposition aux variations du prix de l ilnergie

    Rduction des pertes de transmission et detransmission et de distribution Photo : Warren Gretz/ NREL Pix

  • Utilisation de lnergie olienneolienne

    Hors rseau Hors rseau

    Petites oliennes (50 W 10 kW)

    Chargement de batteries

    Hors rseau, olienne de 10 kW, Mexique

    Chargement de batteries

    Pompage de leau

    Rseau isol Rseau isol

    oliennes de 10 200 kW

    Les systmes hybrides olien-diesel Les systmes hybrides olien-diesel rduisent les cots de production dans les rgions loignes

    T d i l b Taux de pntration lev ou bas

    Rseau central

    li d 200 kW 2 MW oliennes de 200 kW 2 MW

    Parcs oliens de plusieurs machines Photo : Charles Newcomber/ NREL Pix

  • tapes dun projet de centrale olienne

    valuation du potentiel olien

    l ti valuation environnementale

    A b ti Approbation rglementaire

    ConceptionPhoto : GPCo Inc.

    Installation dun mt mtorologique de 40 m, Qubec, Canada

    Conception

    Construction Chemin daccs

    Ligne lectrique

    Postes de raccordement Photo : Warren Gretz/NREL Pix

    Poste de raccordement, Californie, tats-Unis

  • Description dune olienneesc pt o d u e o e e

    ComposantsSchma dune olienne axe horizontal

    Composants Rotor Multiplicateur (bote de

    vitesses) Tour

    Fondation Fondation Systme de

    dcommande Gnrateur

  • Les palesp

    Les pales ou capteur d'nergie sont ralises dans un mlange de fibres de verre etLes pales ou capteur d nergie sont ralises dans un mlange de fibres de verre et de matriaux composites. Elles ont pour rle de capter l'nergie du vent et de la transfrer ensuite au rotor. Leur profil est le fruit d'tudes arodynamiques complexes dont dpend le rendement de la turbinecomplexes dont dpend le rendement de la turbine

    La largeur des pales intervient dans le couple de dmarrage qui sera d'autant meilleur que la

    Le profil est fonction du couple dsir en f ti t

    g q qpale sera plus large

    9

    fonctionnement

  • RotorLe rotor est une des parties les plus visibleLe rotor est une des parties les plus visibless du systme olien. Il du systme olien. Il est form de plusieurs pales qui ont une forme particulire. est form de plusieurs pales qui ont une forme particulire. Lorsque le vent fait tourner les pales, cellesLorsque le vent fait tourner les pales, celles--ci font tourner le rotor ci font tourner le rotor qui faitqui fait, son tour, , son tour, tourner le mcanisme dentranement et le tourner le mcanisme dentranement et le t tgnrateur. gnrateur.

    10

  • PaleMultiplicateur Pale

    RotorGnratriceGnratrice F i

    Multiplicateur

    GnratriceGnratrice Frein

    N llN ll

    mt

    NacelleNacelle

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  • Eolienne axe horizontal

    Les oliennes axe horizontal sont bases sur le principe des moulins vent. Elles sont constitues d' une trois pales profiles arodynamiquement. Le plus souvent le rotor de ces oliennes est tripale, car trois pales constituent un bon compromis entre le coefficient de puissance, le cot et la vitesse de rotation du

    t li i i l' t thti t bi lcapteur olien ainsi que l'aspect esthtique par rapport aux bipales.Les oliennes axe horizontal sont les plus employes car leur rendement

    arodynamique est suprieur celui des oliennes axe vertical, elles sont moins exposes aux contraintes mcaniques et ont un cot moins importantexposes aux contraintes mcaniques et ont un cot moins important.

    Photographie d'une olienne axe horizontal et d'un moulin vent

    12N.Belouaggadia

  • Il existe deux catgories d'olienne axe horizontal:

    Amont : le vent souffle sur le Aval : le vent souffle sur l'arrire devant des pales en direction de la nacelle. Les pales sont rigides,

    des pales en partant de la nacelle. Le rotor est flexible, auto-orientable.

    13et le rotor est orient selonla direction du vent par un dispositif.

  • Orientation de l'axe E li ti lEolienne axe vertical

    Le rotor de Savonius dont le fonctionnement est bas sur le principe de la trane diffrentielle. Les efforts exercs par le vent sur chacune des faces d'un corps creux sont d'intensits diffrentes Il en rsulte un couple entranant lacorps creux sont d intensits diffrentes. Il en rsulte un couple entranant la rotation de l'ensemble.

    14N.Belouaggadia

  • Schma du rotor de Savonius

    Le rotor de Darrieus est bas sur le principe de la variation cyclique d'incidence. Un profil plac dans un coulement d'air selon diffrents angles, est soumis des forces d'intensits et de directions variables. La rsultante de ces forces gnre alors un couple moteur entranant la rotation du dispositif.

    Ph t hi d' li d D i S h d t d D i15

    N.Belouaggadia

    Photographie d'une olienne de Darrieus Schma du rotor de Darrieus

  • CestCest lala surfacesurface balayebalaye paspas lesles hliceshlices quiqui comptecompte.. AinsiAinsiyy pp qq ppdeuxdeux grandesgrandes palespales ferontferont touttout faitfait aussiaussi bienbien queque troistrois palespales.. IlIlfautfaut touttout daborddabord leverlever bienbien hauthaut loliennelolienne pourpour quellequelle puissepuisseprofiterprofiter auau maximummaximum desdes ventsvents.. CeciCeci ncessitencessite uneune tourtour toujourstoujoursleveleve parpar rapportrapport lala tailletaille dede loliennelolienne..

    LeLe systmesystme palespales tournantestournantes converticonvertitt lnergielnergiecintiquecintique dudu ventvent (( sasa vitessevitesse)) enen nergienergie mcaniquemcanique disponibledisponiblesursur unun axeaxe LaLa rotationrotation dede cetcet axeaxe animeanime uneune gnratricegnratrice quiquisursur unun axeaxe.. LaLa rotationrotation dede cetcet axeaxe animeanime uneune gnratricegnratrice quiquiproduitproduit dede llectricitllectricit sonson tourtour..

    LL i ii i dd l lil li dd ((LeLe principeprincipe dede loliennelolienne sese rsumersume doncdonc enen unun systmesystme ((unun rotorrotor--gnratricegnratrice)) qui,qui, partirpartir dunedune nergienergie extrmementextrmementvariablevariable (( lele vent)vent) devradevra produireproduire uneune nergienergie lectriquelectriquevariablevariable (( lele vent),vent), devradevra produireproduire uneune nergienergie lectriquelectriqueprsentantprsentant desdes caractrisquescaractrisques constantesconstantes..

    16

  • Production dnergie mcanique

    Principe.

    Aujourdhui la production dnergie mcanique par le vent est essentiellement destine au pompage de leau.

    Lolienne (ou roue olienne) multipale est gnralement associe une pompe piston place dans le puit ou le forage, et entrane par un train de tige m par un systme bielle manivelle solidaire de laun train de tige m par un systme bielle-manivelle solidaire de la roue olienne.

    Application

    Pompage des profondeurs suprieures 100 m

    17N.Belouaggadia

  • Les variations de vitesse de vent avec laltitude

    Elle dpend essentiellement de la nature du terrain au dessus duquel se propagent les masses dair. Ces variations peuvent tre reprsentes par une loi simple de la forme : hV O V1 et V2 reprsentent les vitesses

    =

    2

    1

    2

    1

    hh

    VV O V1 et V2 reprsentent les vitesses

    du vent horizontales aux hauteurs respectives h1 et h2

    coefficient caractristique du lieu entre 0 1 et 0 4 coefficient caractristique du lieu entre 0,1 et 0,4

    18N.Belouaggadia

    Graphe de variation de vitesse de vent avec laltitude

  • Exemple : aromoteur bipale de 20 m de diamtre sur un pylne support de 30 m.

    Lorsque les pales sont verticales, les rapports entre les vitesses de vent rel auxLorsque les pales sont verticales, les rapports entre les vitesses de vent rel aux extrmits des pales sont les suivantes : pour deux valeurs extrmes de

    19N.Belouaggadia

  • On trouvera ci-dessous les valeurs prises par pour les diffrents types de terrain partags en 4 familles

    Nature du terrain Exposant

    1. Plat : glace, neige 0,08 0,12

    2. Peu accident (culture, pturage)

    0,13 0,16( , p g )3. Accident : zones peu habites

    0,20 0,23peu habites4. Trs accident : Villes

    0,25 0,4

    20N.Belouaggadia

    Villes

  • Potentiel olienote t e o e

    Des m