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5. Bilan énergétique d'une éolienne

Cette éolienne vient s’insérer dans le système photovoltaïque de « Sup lamache »


CARACTÉRISTIQUES DE L’ÉOLIENNE (AÉROGÉNÉRATEUR)

L’aérogénérateur est une machine qui a pour fonction de prélever une partie de l’énergie éolienne disponible pour la transformer en énergie électrique.

L’HÉLICE
L’organe de prélèvement de l’énergie éolienne est une hélice constituée de trois pales. L’angle des pales est variable en fonction de la vitesse du vent. Ceci évite d'atteindre des vitesses trop élevées en cas de coup de vent
La variation de cet angle est obtenue par déformation des pales sous l’action du vent.
vitesse de démarrage : 27m/s
vitesse nominale de fonctionnement: 10m/s
Rayon de rotation : 585 mm.

        

L’ALTERNATEUR
La production d’électricité est réalisée par un alternateur  triphasé sans balai à aimants permanents. Il est couplé  directement à l’hélice
vitesse de rotation nominale : 1000tr/min
Puissance nominale de sortie: 200W à 10 m/s.

LE GOUVERNAIL
L’extrémité arrière du bâti porte le gouvernail d’orientation de l’aérogénérateur
  

5.1     Détermination technique de l’hélice

a) Détermination de la puissance mécanique captée par l’hélice (à la vitesse nominale)
 On veut mesurer la puissance mécanique Pu disponible sur l’arbre de sortie de l’hélice pour la vitesse nominale du vent.

          Ptr= Cu × Ω, où Cu est le couple moteur en N•m et Ωla vitesse angulaire en rad/s.


Avec le logiciel Psim version 9, ouvrez le fichier dans intranet/ Serie2/AP2.3/ eolienne.psimsch . Enregistrer le fichier.  
Régler la vitesse du vent à la valeur nominale. Simuler le fonctionnement de l’éolienne.

    - Afficher les courbes de la fréquence de rotation Nh de l’arbre de sortie de l’hélice.
    - Afficher la courbe de la puissance mécanique Pu en multipliant les courbes : Couple et vitesse angulaire.
    - Mesurer le temps nécessaire à l’hélice pour atteindre sa fréquence de rotation nominale: _______
    - Mesurer la fréquence de rotation nominale de l’hélice:_______________
    - Mesurer la puissance mécanique Ptr captée par l’hélice:________________

b) Détermination du rendement de l’hélice

Le rendement ηh de l’hélice est défini par la relation :  
où  Pvent représente la puissance du vent traversant la surface circulaire balayée par les pales de l’hélice

   A partir des documents ci- après :

     - Donner le coefficient de puissance Cp (valeur max) de cette éolienne
     - Calculer la puissance Pvent portée par le vent à la vitesse nominale
     - Calculer le rendement de l’hélice ηh.

5.2 Etude du générateur associé à l’hélice

On utilise le schéma complet de l’aérogénérateur (hélice + alternateur) associé au redresseur et à la batterie.
La batterie est constituée d'accumulateurs électrochimiques au plomb. La tension Vbat aux bornes de la batterie (de 24 V) varie en fonction de son état de charge:
Vbat = 21V lorsque la batterie est complètement déchargée
Vbat = 29 V lorsque la batterie est chargée.

Avec le logiciel Psim 9, ouvrez le fichier dans intranet/ Serie2/AP2.3/ eolienne avec moteur pmsm 24v psimsch. Enregistrer le fichier.  

    - Placer sur le schéma les appareils, voltmètre et ampèremètre, pour mesurer la tension et le courant à la sortie de l’alternateur.
    - Simuler le fonctionnement de l’éolienne en fonction du temps
    - Visualiser l’évolution du courant Ialt et de la tension Valt
    - Mesurer la durée de la recharge complète de la batterie en secondes. Exprimer cette durée en heures

Modifier la durée de la simulation: double cliquer sur l’élément simulation control et régler final time pour qu’il  corresponde à la fin de la charge de la batterie
Simuler le fonctionnement. Afficher les courbes de la puissance électrique Pelec moy et du courant Ialt en sortie de l’alternateur.

    - Mesurer la puissance fournie à la batterie au début et à la fin de la charge :
                        Rappel : P= Valt.Ialt.cosρ avec  cosρ=0.8

    - Mesurer la puissance moyenne Pelec moy  produite par l’alternateur en cliquant sur  
    - Relever la valeur mesurée de Pelec moy  
    - Calculer le rendement moyen de l’alternateur

5.3    Bilan énergétique de l’éolienne

    - Calculer le rendement moyen de l’aérogénérateur (à la vitesse nominale)

    - Conclure sur l’intérêt d’utiliser une éolienne par rapport à du photovoltaïque (puissance fournie, encombrement, rendement, utilisation etc.)