Embed Size (px)
Citation preview
2. 2. Un peu de mécaniqueUn peu de mécanique2. 2. Un peu de mécaniqueUn peu de mécanique
3. 3. PuissancePuissance3. 3. PuissancePuissance
1. 1. ExemplesExemples1. 1. ExemplesExemples
4. 4. Les 2 types de technologieLes 2 types de technologie4. 4. Les 2 types de technologieLes 2 types de technologie
5. 5. Constat des installationsConstat des installations5. 5. Constat des installationsConstat des installations
6. 6. Impacts sur l’environnementImpacts sur l’environnement6. 6. Impacts sur l’environnementImpacts sur l’environnement
7. 7. Aspects économiquesAspects économiques7. 7. Aspects économiquesAspects économiques
1. Exemples1. Exemples
Généralités : Nom du champ : Haut Cabardès - Cabrespine Pays : FranceDépartement / Zone : Aude (11)Région : Languedoc-RoussillonDéveloppeur : Eole-ResExploitant : Eole-Res
Partie 1 : Commune : CabrespineMise en service : 20/06/018 machine Bonus B62/1300 (coefficient aérodynamique = 0,3, diamètre de 62 m)Partie 2 : Tranche : ExtensionCommune : Pradelles-Cabardès, CabrespineMise en service : 20/06/058 machine Siemens SWT-1.3-62 (coefficient aérodynamique = 0,3, diamètre de 62 m)
Puissance installée et capacité de production :Puissance nominale totale installée : MWProduction annuelle : 48 GW.h Population alimentée par ce parc : habitants
1.1 Cabrespine
1. Exemples1. Exemples
Eoliennes de Donzère : Diamètre du rotor : 43 mètres, Puissance nominale : 600 kW dans un vent de 13,5 m/s. 5 éoliennes.
1.2 Donzère
1. Exemples1. Exemples
Eolienne de Donzère : Diamètre du rotor : 43 mètres, Puissance nominale : 600 kW dans un vent de 13,5 m/s. 5 éoliennes.
1.2 Donzère
2. 2. Un peu de mécaniqueUn peu de mécanique2. 2. Un peu de mécaniqueUn peu de mécanique
2. Un peu de mécanique2. Un peu de mécanique
Moulin crétois 5ème siècle av. JC
Pompage des « Polder »aux Pays-Bas(19éme -20ème siècle)
18ème siècle 20 000 moulins en France !
Depuis toujours, la puissance mécanique du vent a été utilisée :
Rappelons que l’énergie éolienne est due, comme beaucoup d’autres, au soleil.
2.1 Historique
2. Un peu de mécanique2. Un peu de mécanique
Afin de capter l’énergie contenue dans le vent, il faut :
Rotor
Nacelle
Tour
Transformateur
Une éolienne est un convertisseur d’énergie cinétique (vent) en énergie mécanique, puis éventuellement en énergie électrique (via une génératrice).Donc, le synoptique de puissance est le suivant :
Convertisseur énergie cinétique / énergie mécanique
PVENT
Convertisseur énergie mécanique/ énergie électrique
PMECA
PELEC
Transport et/ou
stockage
PELEC
0 < < 59%
0 < < 90%
0 < < 90% Mei
lleu
r d
es c
as :
=
48%
Plu
s g
énér
alem
ent
: 5%
<
< 1
6%
2.2 Du vent à l’électricité
Rendements :
2. Un peu de mécanique2. Un peu de mécanique
La seule éolienne à axe vertical qui ait jamais été fabriquée commercialement est l'éolienne de Darrieus. Elle est normalement construite avec deux ou trois pales.
Eoliennes à axe verticale :
1 pales : Effort mécanique trop important.2 pales : Bon rendement mais efforts mécaniques important.3 pales : Bon rendement+ de 3 pales : Quand une éolienne puissante possède plus de 3 pales, celles-ci sont perturbées par l'air déplacé par la pale précédente. Le rendement s'en trouve réduit. De plus, le nombre de pale augmente le prix…
Eoliennes à axe horizontal :
Encore méconnues, les éoliennes à axe vertical de type Darrieus apparaissent pourtant plus adaptées que leurs sœurs tripales dans certains secteurs comme l’intégration au bâtiment, les zones extrêmes (observatoires, refuges ...)
2.3 Les deux technologies mécaniques
2. Un peu de mécanique2. Un peu de mécanique
Transformateur
Le Parc Éole 1 est un projet expérimental de centrale électrique éolienne à axe vertical, se trouvant à Cap-Chat, en Gaspésie, au Québec (4MW).
Ce projet constitue la plus grande centrale électrique éolienne à axe vertical jamais construite. Cependant, ce parc ne fut jamais en fonctionnement suffisamment longtemps pour passer du mode expérimental au statut de centrale électrique moderne.
Eoliennes à axe verticale :
Avantages : Elle vous permet de placer la génératrice, le multiplicateur, etc. à terre, et vous n'avez pas besoin de munir la machine d'une tour. Un mécanisme d'orientation n'est pas nécessaire pour orienter le rotor dans la direction du vent. Inconvénients : Les vents sont assez faibles à proximité de la surface du sol. Le prix d'omettre une tour est donc des vents très faibles sur la partie inférieure du rotor. L'efficacité globale des éoliennes à axe vertical n'est pas impressionnante. Pour faire tenir l'éolienne, on utilise souvent des haubans ce qui est peu pratique dans des zones agricoles exploitées intensivement. Pour remplacer le palier principal du rotor, il faut enlever tout le rotor. Ceci vaut tant pour les éoliennes à axe vertical que pour celles à axe horizontal, mais dans le cas des premières, cela implique un véritable démontage de l'éolienne entière.
2.3 Les deux technologies mécaniques
Transformateur
3.1 Puissance du vent
La puissance (en W/m²) du vent contenue dans un cylindre de section S est :avec : : masse volumique de l'air (air atmosphérique sec, environ : 1,23 kg/m3 à 15 °C et à pression atmosphérique 1,0132 bar) v : vitesse du vent en m/s
3.2 Formule de BETZ
La puissance réellement récupérable est inférieure, puisque l'air ne s’arrête pas totalement. Albert Betz a démontré que la puissance maximale récupérable est :
Le rendement maximal théorique d'une éolienne est ainsi fixé à 16/27 , soit environ 59,3 %. Ce chiffre ne prend pas en compte les pertes d'énergie occasionnées lors de la conversion de l'énergie mécanique du vent en énergie électrique.La plupart du temps, on remplace le 16/27 par le rendement donné par le constructeur. Ce rendement est appelé coefficient aérodynamique :
0 < coefficient aérodynamique < 0,4
3. Puissance3. Puissance
Transformateur
Vitesse vent (km/h)
Vitesse vent (m/s)
Diamètre (m) PVENTPMECA (avec un coef aérodynamique 0,25)
PELEC (avec un rendement de génératrice de 85%)
10
10
30
30
60
60
80
80
36
72
36
72
36
72
36
72
3. Puissance3. Puissance
3.3 Exercice
Vitesse vent (mph)
Transformateur
3. Puissance3. Puissance
3.4 Puissance / Capacité
Les éoliennes sont caractérisées par leur capacité de puissance électrique. Ainsi une éolienne de capacité 2 MW signifie qu'elle est capable de fournir une puissance électrique de 2 millions de Watt au maximum. Il est très rare que cette puissance soit atteinte car elle correspond le plus souvent à des vitesses de vent de 25 m/s (soit 90 km/h).La production réelle d'énergie électrique est fonction de la distribution statistique de la vitesse du vent du site. Le facteur de capacité est le rapport entre la puissance électrique moyenne (calculée sur un an) produite par l'éolienne et sa puissance électrique maximale (capacité en W).
Ainsi une éolienne de capacité 2 MW, produira le plus souvent une puissance moyenne de 600 kW. Facteur de puissance = 30%.
La capacité est donc la puissance électrique maximale que peut fournir l'éolienne sur le réseau.
4. 4. Les 2 types de technologie électriquesLes 2 types de technologie électriques4. 4. Les 2 types de technologie électriquesLes 2 types de technologie électriques
4. Les 2 types de technologie électriques4. Les 2 types de technologie électriques
4.1 Eoliennes à GAS
Unité Centrale (micro-
contrôleur)
Frein à disque
Moteur de positionnement
Pâles
Machine asynchrone
Transformateur élévateur
Réseau EDF
Capteur de
direction de vent
Capteur de
vitesse de vent
Vent
4. Les 2 types de technologie électriques4. Les 2 types de technologie électriques
Exemple : Les éoliennes VASTAS Génératrices asynchrones triphasées à 4 pôles (1500 tr/min) avec multiplicateur x 100 (15 tr/min) :
4.1 Eoliennes à GAS
4. Les 2 types de technologie électriques4. Les 2 types de technologie électriques
4.1 Eoliennes à GAS
4. Les 2 types de technologie électriques4. Les 2 types de technologie électriques
4.1 Eoliennes à GAS
4. Les 2 types de technologie électriques4. Les 2 types de technologie électriques
4.2 Eoliennes à GS
Redresseur Onduleur TransformateurMachine synchrone
Réseau EDF
Mesure tension /
fréquenceContrôlePâles
Vent
4. Les 2 types de technologie électriques4. Les 2 types de technologie électriques
4.2 Eoliennes à GSExemple : Les éoliennes Enercon Génératrices synchrones avec redresseur à thyristors et diodes (nacelle) et onduleur IGBT (pied de mât)
5. 5. Constat des installationsConstat des installations5. 5. Constat des installationsConstat des installations
5. Constat des installations5. Constat des installations
Chiffres clef : Une centrale nucléaire a une capacité de 900 à 1450MW (Mégawatts = Millions de Watts).La France possède aujourd'hui 58 réacteurs nucléaires.Une centrale thermique a une capacité de 100 à 700MW. Une centrale hydraulique jusqu'à 500MW.
Puissance consommée en France : Environ 600 TWh/an.
Éolien : Une éolienne a une capacité comprise entre 0,5 et 3 MW.La France possède 2467 éoliennes d’une capacité totale de 3500 MW. En France, la production d’électricité éolienne est de 5 TWh/an.
Coût :L'installation d'un mégawatt éolien nécessite un investissement d'un million d'euros environ.
5.1 Chiffres clef
5. Constat des installations5. Constat des installations
1,3% de la consommation électrique mondialeEn Europe : 3,7 % de la consommation électrique
5.2 Dans le monde
Croissance annuelle moyenne sur 12 ans : 30% !
[email protected]@univ-savoie.fr
5.2 Dans le monde
5. Constat des installations5. Constat des installations
5. Constat des installations5. Constat des installations
5.3 En France
1% de la consommation totale.
[email protected] [email protected]
5.4 Potentiel éolien en Europe
Sur terre (on-shore) En mer (off-shore)
5. Constat des installations5. Constat des installations
1000 MW installé aujourd’huiMoyenne de production:
1 MW 3500 à 4000 MWhBloqué par le cadre juridique
[email protected] [email protected]
le danois Vestas avec 34,1 % ; l'espagnol Gamesa avec 18,1 % ; l'allemand Enercon avec 15,8 % ; l'américain GE Wind avec 11,3 %.
5. Constat des installations5. Constat des installations
5.5 Le marché mondial
6. 6. Impacts sur l’environnementImpacts sur l’environnement6. 6. Impacts sur l’environnementImpacts sur l’environnement
6.1 Cadre juridique > 12 m de haut => permis de construire (préfet)
Étude d’impact obligatoire (notice si < 2,5MW)
Autorisation d’exploiter (< Ministère de l’Industrie)
Accès au réseau réglementé (RTE-EDF) 6.2 Le bruit
6. Impacts sur l’environnement6. Impacts sur l’environnement
6.3 Les oiseaux
Faux problème !!!
6. Impacts sur l’environnement6. Impacts sur l’environnement
6. Impacts sur l’environnement6. Impacts sur l’environnement
Sur l'ensemble des parcs éoliens dans le monde, les incidents observés sur des éoliennes sont peu fréquents et peu dangereux. Les conséquences matérielles de tous les accidents éoliens sont restées faibles et aucun blessé (même léger) n'a jamais été signalé.
9 décembre 2000 à Burgos (Espagne) : par vent fort, les pales d'une éolienne se décrochent et s'envolent à environ un kilomètre, en abîmant le mât et la génératrice. Hormis la destruction de l'éolienne, aucun autre dégât n'est provoqué. 28 décembre 2002 à Névian (Aude) : une éolienne s'effondre, le système de freinage du rotor n'aurait pas fonctionné. 5 novembre 2003 à Sallèles-Limousis (Aude) : trois éoliennes du parc éolien de Sallèles-Limousis subissent des dégâts. 2 janvier 2004 à Boulogne-sur-Mer (Pas-de-Calais) : le mât de 80 tonnes d'une éolienne s'écrase au sol, ne faisant aucun blessé. Une pale est tombée sur la plage, les deux autres ont dérivé sur huit kilomètres.20 mars 2004 à Dunkerque (Nord) : une éolienne est abattue par le vent, sans faire d'autres dégâts. 22 juin 2004 : premier incident à Pleyber-Christ (Finistère) : une pale se brise par vent fort.8 juillet 2004 : second incident à Pleyber-Christ : une autre pale se brise par vent fort.9 juin 2004 entre Kiel et Hambourg, dans le Schleswig-Holstein (Allemagne) : incendie, la foudre met le feu à une éolienne, l'incendie est rapidement maîtrisé. 23 février 2005 au Japon : trois éoliennes ont eu les pales brisées par le vent.6 mai 2005 à Weatherford, Oklahoma (États-Unis) : rupture du mât à la moitié de sa hauteur, cause encore indéterminée. 22 décembre 2005 à Montjoyer-Rochefort (Drôme) : les pales d'une éolienne se brisent par vent fort, car le dispositif de freinage n'aurait pas fonctionné.14 janvier 2006 à St Clether, Cornouailles (Royaume-Uni) : une éolienne s'écrase au sol. 7 octobre 2006 : troisième incident à Pleyber-Christ (Finistère) : une éolienne perd une pale. 4 décembre 2006 : une éolienne s'est effondrée sur une zone industrielle à Bondues (Nord).2 mars 2007 à Clitourps (Manche) : un morceau de pale de 4 mètres de long projeté à plus de 200 mètres.
6.5 Les accidents éoliens
7. 7. Aspects économiquesAspects économiques7. 7. Aspects économiquesAspects économiques
Investissement = environ 1 000 €/kW, dont :
7.1 Coût d’une installation
7. Aspects économiques7. Aspects économiques
7.2 Coût en production
Comparaison éolien et autres sources de production :
7. Aspects économiques7. Aspects économiques
7.3 Evaluation du potentiel d’un d’un site
Connaitre son site:
- Campagne de mesure du vent - Estimation de la distribution des vitesses de vent (distribution de Weibull)
7. Aspects économiques7. Aspects économiques
7.3 Evaluation du potentiel d’un d’un site
Connaitre sa machine :
- Courbe de production en fonction de la vitesse du vent :
7. Aspects économiques7. Aspects économiques
7.3 Evaluation du potentiel d’un d’un site
Calculer l’énergie récupérable :
Courbe machinePotentiel éolien du site(Distribution de Weibull)
Productible
X
=X 8760
7. Aspects économiques7. Aspects économiques
7.4 Montage d’un projet
Mise en place de ZDE par les communes et communautés de communes Repérage de site Début concertation: acteurs concernés Etude de faisabilité: mesure du vent, impacts paysagers et acoustiques, rentabilité financière Etude d’impact Dépôt à la mairie de la demande de permis de construire Désignation par le TA d’un commissaire pour enquête publique Notification du délai de permis de construire par la DDE Si acceptation du permis: Construction du parc pendant 6 à 9 mois
Durée de montage minimale de 3 ans et environ 25 interlocuteurs consultés
7. Aspects économiques7. Aspects économiques
7.5 Exemple de réalisation en Allemagne
Région de Freiburg 10,8 MW :
Roßkopf (7,2 MW)
4 éoliennesEnercon E-66/70 - 1,8 MW
Holzschlägermatte (3,6MW)
2 éoliennesEnercon E-66/70 - 1,8 MW
7. Aspects économiques7. Aspects économiques
7. Aspects économiques7. Aspects économiques
7.5 Exemple de réalisation en Allemagne
• Soutenu par la ville de Freiburg
• Propriété de 521 habitants réunis en coopérative (apport de 4,2 M€)
• Mise en service : septembre 2003
• Production annuelle : 16,8 GWh (1 722 kWh/kW)
• Coût du kWh sur 15 ans :
• Investissement : 13 M€ (1 200 €/kW)
