1°) Etude du système

Moncelier
Camille
TGE
Etude du système et de l’objet technique
Thème 2003-2004
1°) Etude du système
1°) L’énergie éolienne
1.1.1 A quelle époque situe-t-on les premières utilisations de l’énergie éolienne ?
La première utilisation de l'énergie éolienne fut vraisemblablement la propulsion
d’embarcation grâce aux voiles. Les Sumériens connaissaient déjà en 3500 ACN les voiles de
toile. Les première machines a bénéficier de la force du vent furent, les moulins a vents ils
apparurent en perse vers le 7emes siècle.
1.1.2 Dans quelles régions françaises le potentiel éolien est-il le meilleur ?
Les régions les plus exposées en France sont les bouches du rhones les Pyrénées orientales
ainsi que les cotes ouest
1.1.3 À partir de quelle vitesse du vent peut-on raisonnablement utiliser son énergie ?
La vitesse minimale d'amorçage d’une est 16.2 Km/h, la vitesse de "croisière" est 30km/h
2°) L'éolienne.
1.2.1 Faut-il multiplier le nombre de pales pour optimiser le rendement d'une éolienne ?
Ce qui compte pour obtenir de la puissance, c'est la surface balayée par les pales plus on a de
pales et plus l'éolienne peut produire dans des vents faibles. Par contre, ce type de rotor ne
fonctionne pas bien par vents forts. Ce n'est pas le nombre de pales qui compte. Actuellement,
la majorité des éoliennes sont munies de rotor bipale, parfois tripale, à axe horizontal.
1.2.2 Comparer l'ordre de grandeur de la vitesse de rotation d'une " petite " éolienne à celle d'une "
grosse " éolienne. Commenter.
La vitesse d’une petite éolienne est usuellement de 250trs/min tandis que pour les grandes
éolienne la vitesse de rotation est de 30 à 40 voir me 10 tours par minute. Cependant malgré
ces faibles vitesses de rotation le rotor tour à une allure beaucoup plus soutenu grâce a une
boite de vitesse.
1.2.3 Quelle puissance électrique atteint-on maintenant avec les "grosses" éoliennes ?
Une éolienne « VESTAS 42-600 kW » est capable de produire au total, en une année, environ
2 500 MWh. On construit maintenant des éoliennes énormes de 1 500 KW sur des tours de
près de 50 mètres Ces réalisation sont maintenant non plus limité par la technologie mais par
les grues immense qui nécessite leurs montages
3°) L'énergie électrique issue de l'éolienne.
1.3.1 Quelles sont les différentes possibilités d'utilisation de l'énergie électrique produite par
l'éolienne ?
Pour les petites éoliennes il existe deux types d’utilisations
- au fil du vent:
L'énergie électrique est utilisée "en temps réel" c'est-à-dire au moment même où elle
est produite. Avec les petites éoliennes cette exploitation n'est intéressante que pour des
applications de chauffage ou pompage.
- l’utilisation avec batteries tampon
Grâces a cette option l’énergie devient « indépendantes » des conditions
météorologique ce qui confère une autonomie beaucoup plus importante
- l’utilisation avec batteries tampon + onduleur
C’est l’utilisation la plus pratique pour le particulier elles permet de s’affranchir du
réseaux EDF grâce a l’onduleur qui transforme la tension fourni par les batteries en une
tension compatible secteur.
Pour les grandes éoliennes
Elles sont directement raccordées au réseau, elles participent à la fourniture en l'énergie
électrique du réseau.
1.3.2 Dans le cas d'utilisation de batteries, pourquoi le " chargeur " doit-il être particulièrement
soigné ?
Une batterie rechargée dans de mauvaises conditions restitue l'électricité avec un
mauvais rendement et sa durée de vie peut être fortement réduite.
1.3.3 Comment un excès de charge d'une batterie se traduit-il pratiquement ?
Si l’on continue de charger une batterie au delà de sa capacité il va se produire une électrolyse
qui a cause du courant va décomposé l’eau provoquant un dégagement gazeux (Di-hydrogène et
Oxygène) ce qui peut dans certain cas conduire a une explosion (le di-ydrogène étant extrêmement
explosif)
4°) Diagramme sagittal.
L1
Energie mécanique transportée par le vent
Vent  Aérogénérateur
L2
Energie électrique basse tension
Aérogénérateur  Onduleur
L3
Energie électrique. Tension alternative compatible
« réseau »;
Energie électrique. Tension d’appoint venant du groupe
électrogène
Onduleur  Distribution
L’4
Energie électrique. Tension d’appoint venant des
panneaux solaires
Appoint  Aérogénérateur
L5
Distribution  Récepteur
L6
Energie électrique. Tension alternative compatible
« réseau » alimentant les appareils
Consignes de l’usager aux récepteurs
L’6
Service du récepteur à l’usager
Récepteurs  Usagers
L7
Information concernant les batteries
Aérogénérateur  Usager
L’7
Paramétrage de la charge des batteries
L8
Communication entre le l’Aérogénérateur et le PC
Aérogénérateur  PC
L’8
Communication de paramètres entre le PC et
l’Aérogénérateur
PC  Aérogénérateur
L4
Appoint  Distribution
Usager  Récepteur
L9
Usager  PC
L’9
PC  Usager
1.4.2 Quel est dans le système le rôle de l’onduleur ?
L'onduleur permet en effet la conversion de l'énergie électrique basse tension continue en
énergie électrique de forme "réseau" 230 V alternatif 50 Hz. L'intérêt est évident, puisque
l'alimentation des appareils domestiques de type"secteur" est alors possible.
2°) Etude de l’objet technique
1°) Identification niveau II - diagramme sagittal
2.1.1 Repérer sur le schéma fonctionnel de niveau II les liaisons du diagramme sagittal.
Energie Mécanique
Vent ( L1 )
Usager ( L’7 )
Paramétrage
Informations
Usager ( L 7 )
777 )
Conversion et stockage d’énergie
Energie Electrique
Onduleur ( L2 )
Paramétrage
Gestion du processus
PC ( L’8 )
Informations
PC ( L 8 )
2°) Les aérogénérateurs « Travère ».
2.2.1 Quelles sont les particularités des éoliennes fabriquées par cette société ?
- l’hélice est directement accouplée sur l’arbre de l’aérogénérateur ce qui limite
l’entretien ainsi le bruit produit.
- Régulation centrifuge par décrochage des pales. Ce qui évite le détériorement de
l’éolienne par un vent trop fort
- Générateur protégé par le carter, de type multi pôle, a aimants permanents, sans bagues
ni balais. Même chose, limite l’entretient.
2.2.2 Quels sont les avantages liés à ces particularités ?
- Entretient minimale
- Rendement supérieur
- Silence de fonctionnement
2.2.3 Quelle est la gamme proposée ?
La gamme TA400 à TA4000 de 400W à 125KW
3°)
Le convertisseur Travère SPC 48 / 30.
2.3.1 Quel est le principe habituellement utilisé dans les contrôleurs de charge de batteries?
Le principe utilisé habituellement est un dispositif de type »tout ou rien » à hystérésis
C'est-à-dire que le chargeur se déclenche quand la batterie tombe sous un certain seuil de
tension et s’arrête
On utilise habituellement un dispositif « tout ou rien » à hystérésis, la charge démarre
quand la tension batterie tombe en dessous d’un seuil bas, elle s’interrompt quand la
tension atteint un seuil haut.
2.3.2 Quels en sont les inconvénients ?
L’inconvénient de ce système est que d’une part, la charge des batteries ne peut
commencer que lorsque l'éolienne a atteint un régime suffisant. (Il faut en effet que la
tension produite soit supérieur a celle de la batterie pour pouvoir commencer la charge).
D’autre part les cycles de charge/décharge vieillissent l'accumulateur prématurément.
2.3.3 Comment ces inconvénients sont-ils évités avec le convertisseur Travère SPC 48 ?
Le courrant de charge est modulé (régulé en courant) en fonction des conditions
climatique ainsi que de l’état de charge de la batterie.
2.3.4 Le convertisseur comporte deux cartes électroniques. Donner leur nom et leur rôle
respectifs.
- La carte de conversion d’énergie :
« Convertisseur (AC/DC) abaisseur à découpage doté d’une double régulation
imbriquée (boucle de courant et boucle de tension) »
C’est cette carte qui s’occupe de la régulation en tension et en courant qui permet
la bonne charge de la batterie
- La carte de supervision
C’est cette carte qui contrôle le données reçu (consigne de vent, tension de la
batterie) et qui définie le courrant de charge pour la batterie
2.3.5 Qu'entend-on par convertisseur " modulaire " ?
La société Travère propose un système de module qui permet de rendre une installation
éolienne beaucoup plus modulaire en effet, il suffit d’ajouter des modules en parallèle
pour augmenter la capacité de l’installation
2.3.6 Quelles sont les caractéristiques électriques d'un module de conversion ?
- Tension d'entrée 120Veff entre phases maximum, fréquence 50Hz.
- Tension de sortie continue ajustable entre 0V et 60V (réglage par potentiomètre).
- Courant de sortie régulé ajustable entre 0 et 30A par module
- Stabilité de la régulation de tension: 0.5%
- Stabilité de la régulation de courant : 5%.
- Protection contre les surintensités accidentelles réglables entre 20 et 30A par module.
2.3.7 Le convertisseur consomme-t-il de l'énergie sur les batteries ?
Le système de charge en totalement indépendant des accumulateurs du point de vue de
l’alimentation.
2.3.8 Comment l'utilisateur peut-il " communiquer " avec le convertisseur ?
La communication se fait par clavier et afficheur alphanumérique intégrés à la carte
supervision, par PC ou GSM. (en option).
2.3.9 Quels sont les paramètres configurables par l'utilisateur ?
Les options disponibles pour l’utilisateur sont :
- Le choix du mode Automatique / Manuel
- Le réglage de la charge de la batterie
2.3.10 Quelles sont les informations fournies à l'utilisateur ?
Les menus permettent à l'utilisateur de vérifier les paramètres vitaux du système tension
batterie, courant de charge, vitesse éolienne, alarmes batteries faible, alarme survitesse)
ainsi que la consultation et la configuration du diagnostic embarqué, tout cela sur un
historique de 3 mois.
4°) Identification 1er degré - diagramme sagittal.
2.4.1 Repérer sur le schéma fonctionnel de premier degré, les entrées-sorties du diagramme
sagittal.
5°)
Identification fonctionnelle - structurelle.
2.5.1 Encadrer sur les différentes feuilles du schéma structurel des "cartes Travère " (page 6 à
16 du dossier schémas) les fonctions principales du schéma fonctionnel de premier degré.