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EOLIENNESEOLIENNES

IntroductionIntroduction

La lutte contre la pollution est de plus en plus importante et la recherche d’une énergie saine a aboutie au développement des éoliennes.

Leur implantation qui sert à desservir des régions entières ne date que d’une vingtaine d’années.

Comment fonctionnent ces « centrales électrique », quels mécanismes transforment le vent en source de courant?

plan

I. Description 1) La nacelle2) La tour

II. Stockage de l’énergie

III. L’éolienne au sein de l’environnement1) Les avantages2) Les inconvénients

IV. Question de santé?

• Depuis plusieurs années, la protection de l'environnement a suscité beaucoup d'intérêt et conséquemment, plusieurs technologies se sont développées. C'est le cas de l'énergie éolienne.

• on utilisait cette source D ’énergie pour pomper de l'eau ou pour moudre le blé afin d'en faire de la farine. De nos jours, cette source d'énergie sert encore à pomper l'eau mais elle est principalement utilisée pour produire de l'électricité, et ce sans aucun effet néfaste sur l'environnement.

• La hausse des coûts d'exploitation des centrales à carburants fossiles ont aussi permis à l'énergie éolienne de devenir beaucoup plus compétitive.

• Avantages de l'énergie éolienne : pollution zéro ; elle peut être complémentaire aux filières traditionnelles ; elle ne consomme pas de combustibles ; abondante ; elle permet que le terrain occupé par les parcs éoliens soit utilisé à d'autres choses, par exemple agricoles ; elle compte parmi les systèmes de production d'énergie électriques les plus sûrs ; bas impact environnemental ; bonne vie utile des appareils

• Désavantages : instable, elle est sujette à des variations du vent et à des périodes de calme ; difficulté de stockage de l'énergie ; les équipements sont chers et produisent du bruit ; impact visuel (effets d'ombre dus au mouvement et réflexions intermittentes) ; interférences électromagnétiques.

Introduction

Une éolienne est constituée d’une partie tournante, le rotor, qui transforme l’énergie cinétique en énergie mécanique, en utilisant des profils aérodynamiques. Le flux d’air génère autour du profil une poussée qui entraîne le rotor et une traînée qui constitue une force parasite. La puissance mécanique est ensuite transformée soit en puissance hydraulique par une pompe, soit en puissance électrique par une génératrice.

Le système éolien est constitué des éléments suivants : un capteur éolien, un adaptateur mécanique composé des organes de transmission de puissance avec multiplicateur ou réducteur de vitesses, un transformateur d’énergie qui peut être électrique, hydraulique ou thermique, un accumulateur d’énergie associé au transformateur, un réseau de distribution alimentant le ou les utilisateurs, enfin les organes de commande, de sécurité et de distribution.

Principe de fonctionnement

L’énergie du vent ou énergie éolienne traversant une surface A perpendiculaire à la direction du vent est l’énergie d’une masse d’air en mouvement, encore appelée énergie cinétique. A un instant donné, la puissance d’un vent de vitesseV est proportionnelle au cube de la vitesse du vent ainsi qu’à la surface traversée A.P ~A V³ .Donc, quand la vitesse du vent double, la puissance est multipliée par 8.

Influence des vents

Dans les régions tempérées, la vitesse du vent est plus élevée en hiver qu’en été.

Quand on veut utiliser l'énergie éolienne, il faut savoir quels sont les places appropriées. Pour obtenir une bonne performance d'une turbine éolienne, il faut une vitesse de vent minimum dans la plage de 5.5 à 7.0 m/s.

Une éolienne est caractérisée par sa courbe de puissance qui donne la variation de puissance disponible en fonction de la vitesse du vent.

La puissance nominale (de projet) est la puissance donnée pour un vent déterminé, appelé vent nominal. Au-delà de cette vitesse du vent, la puissance est maintenue constante grâce au dispositif de régulation.

Influence des vents

Types de TurbinesIl y a deux types de turbines éoliennes;

les turbines à axe horizontal

les turbines à axe vertical

Les turbines à axe horizontal

se composent de:

Types de Turbines

La plupart des turbines éoliennes sont de type horizontal. Elles comportent certains désavantages, entre autres, le générateur est situé au sommet de la tour, ce qui en rend difficiles l'entretien et les réparations.

Le turbine à axe horizontal a besoin d'un système de constant alignement de l'hélice avec la direction du vent. Il doit y avoir un contrôle spécifique pour cette tâche, avec un anémomètre et un moteur d'orientation qui tourne la nacelle.

• La turbine éolienne verticale, développée par des Canadiens, comporte quelques avantages: Tout d'abord l'accès au générateur et aux principales composantes mécaniques est situé aux pieds de la tour. De plus, aucun système pour orienter la turbine dans la direction du vent n'est requis.

• Un grand problème, qui peut rendre impraticable un projet avec des turbines à axe vertical est la nécessité d'une motorisation de départ pour les systèmes reliés directement aux réseau électrique.

• Cette turbine est encore en voie de développement, mais on prévoit que lorsque elle sera complètement fonctionnelle, elle aura une signification commerciale importante

Types de Turbines

1)1) La nacelleLa nacelle

La nacelle contient les principaux composants d’une éolienne.

Photos d’une nacelle,en cours d’entretient..

Schéma d’une Schéma d’une nacelle (modèle nacelle (modèle

NORDEX 1000)NORDEX 1000)

1- pale.

2- moyeu.

1&2- le rotor.

3-arbre de transmission ( lent).

10- tour.7- génératrice.

9- système d’orientation.

5- frein à disque

4- multiplicateur.

6- arbre rapide

8- système de commande

Les palesLes pales

Elles transfèrent la puissance du vent au moyeu du rotor.

Dimensions et tailles: jusqu’à 40m de longs et plus de 2,5 mètres de large.

Matériaux: fibre de verre.

Le moyeuLe moyeu

Le moyeu est une pièce en acier moulé.

Il supporte les pales et relie le rotor à la nacelle.

Il fait varier l’angle d’attaque des pales simultanément.

Moyeu lors de son assemblage avec l’arbre.

Le rotorLe rotor

Le rotor est constitué de 1 à 3 pales et est relié à la nacelle par son moyeu. Il transforme l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique.

Il fonctionne de la même manière qu’une hélice d’avion mais avec un sens de rotation inversé.

Rotor et ses 3 pales

Arbre de transmission

Il peut avoir 1 ou 2 arbres dans une nacelle.

~1er arbre: il transmet l’effort fourni par le rotor au multiplicateur et tourne à environ 20 tours/minute.

~2éme arbre: il entraîne la génératrice à 2000 tours/minute et est muni d’un frein à disque actionné en cas d’urgence

Multiplicateur.

Arbre lent

Arbre rapide

La génératrice

La génératrice

La génératrice est un alternateur qui transforme l’énergie mécanique en énergie électrique.

La rotation du rotor induit un champs électromagnétique qui entraîne la création du courant dans le stator de la génératrice. Sa puissance maximale délivre jusqu’à 2500 kW.

Une Génératrice en action.

Système d’orientation de la nacelle:

Les grandes éoliennes utilisent des moteurs électriques ou hydrauliques pour faire pivoter la nacelle face au vent.

Une girouette, qui détermine l’orientation du vent, va déclencher les moteurs.

Girouette d’une moyenne éolienne.

Orientation des pales

Deux solutions sont encore en concurrence :l’éolienne à rotor face au vent et l’éolienne à hélice sous le vent.

L’éolienne à rotor face au vent nécessite soit une dérive, soit une orientation actionnée par un servomoteur recevant des informations et commandes de la part d’une girouette.

Les systèmes les plus simples sont ceux qui laissent l’hélice sous le vent. Le capteur, placé à l’amont du support, nécessite une

gouverne

Système contrôle-commande

C’est un dispositif qui surveille l’état et le dispositif d’orientation. En cas de défaillance le système stop l’éolienne et le signal à l’ordinateur de l’opérateur via un modem téléphonique.

Le système actionne le frein à disque situé sur

l’arbre.

Armoire de contrôle

2) La tour

Elle soutient la nacelle et le rotor.

Matériaux: en béton massif ou en acier (tubulaire).

Tour en cour de montage.

Technicien dans la nacelle de la tour

Dimensions: plus de 80 m de haut et un diamètre supérieur à 10m.

II. Stockage de l’énergie électrique

Stocker l'énergie éolienne sous la forme d'hydrogène :

Des expérimentations sont menées pour accumuler l'énergie éolienne en la convertissant en hydrogène stockée sous terre dans de grands réservoirs

Le stockage sous forme d'air comprimé

Des parcs éoliens seront prochainement couplés avec une centrale de stockage d'air comprimé en Allemagne.

Le stockage de l'énergie par remontée de l'eau

De l'eau est pompée et remontée vers des barrages hydroélectrique

Le stockage de l'énergie avec une batterie géante.

L'unité de stockage au sodium soufre pèse 80 tonnes et peut stocker une quantité d'énergie de 7,2 MW/heure. de quoi alimenter 500 foyers pendant 7 heures environ. Cependant, son prix est environ 5,4 millions de dollars.

III. L’éolienne au sein de l’environnement

1)Les avantagesNe pollue pas

Le bruit (par rapport à une centrale électrique)

Ne nuit pas à la santé

Tourisme: le site de Delabole a attiré plus de 100000 visiteurs

2) Les inconvénientsL’impact visuel

L’avifaune

Le coût

IV.Question de santé?

Les aérogénérateurs produisent de l'électricité. sans nuire à la qualité de l'air. sans polluer les eaux et les solsDans ce domaine, l'effet des parcs éoliens sur la santé humaine est bénéfique.  

  Le bruit est pris en compte dans les projets éoliens . les niveaux de bruit générés par les parcs éoliens sont peu élevés ;. on évite de les implanter à proximité des habitations.Les champs électromagnétiques induits par les éoliennes sont faibles.  

Éolienne très futuriste

Envie de recharger son portable?

Conclusion

Le fonctionnement des grandes éoliennes reste simple mais demande une attention particulière.

La principale qualité de cette source d’énergie c’est qu’elle ne pollue pas. Un parc à éolienne peut alimenter une région entière sans le soutien de

centrales électriques. Mais il est parfois moins rentable d’installer des éoliennes qu’une

centrale car l’investissement est de plus de 600 000 €.

Mais une Terre sans pollution a-t-elle un prix?

Sources

http://energie-verte.blogspot.com/2007/01/des-ides-pour-stocker-l-des-eoliennes.html

http://www.ademe.fr/particuliers/Fiches/eolienne/rub7.htm

http://pagesperso-orange.fr/badkiller.alex/

http://www.windpower.org/fr/tour/wres/index.htm

Science et vie junior