Présentation de l`activité

Étuded’unaérogénérateur
Présentation–Miseensituation
Source:http://technicalillustrators.org/files/2009/11/jhatch_WindTurbine_Orig1.jpg
DELORDJean‐David,ROGEREmmanuel,LycéeMaximilienPerret–AlfortvilleAcadémiedeCréteil 

Aérogénérateur‐Présentation
Présentationdusystème Page2sur8
Sciencesdel’Ingénieur
Tabledesmatières
Présentationdel’éolienne:......................................................................................................................................3
1.1.Problématiquesurl’exploitationdel’énergierenouvelable............................................................................3
1.2.Définitiondel'énergieéolienne:......................................................................................................................3
1.3.Constitutiondel’éolienneàaxehorizontal:....................................................................................................3
1.4.Fonctionnement................................................................................................................................................4
1.5.Présentationdusystèmeétudié.......................................................................................................................4
1.6.Structuregénéraledelatransmissiondepuissanced’uneéolienne...............................................................6
1.7.Problématiqueliéeàcetteétude......................................................................................................................6
1.8.Indicationsurlasuitedutravailproposé..........................................................................................................7
1.8.1.Activitésproposées...................................................................................................................................7
1.8.2.Compétencesdéveloppéesdanscetteétude...........................................................................................8

Aérogénérateur‐Présentation
Présentationdusystème Page3sur8
Sciencesdel’Ingénieur
 Présentationdel’éolienne:
1.1. Problématiquesurl’exploitationdel’énergierenouvelable
Ledéveloppementetl’exploitationdesénergiesrenouvelablesontconnuunefortecroissancecesdernièresannées.
Pourlesprochainesdécennies,toutsystèmeénergétiquedurableserabasésurl’utilisationrationnelledessources
traditionnellesetsurunrecoursaccruauxénergiesrenouvelables.Lesénergiesrenouvelablesconstituentdoncune
alternativeauxénergiesfossilesàplusieurstitrescarellessontgénéralementmoinsperturbatricesde
l'environnement:
 ellesn'émettentpasdegazàeffetdeserreetneproduisentpasdedéchets;
 ellessontinépuisables;
 ellesautorisentuneproductiondécentraliséeadaptéeàlafoisauxressourcesetauxbesoinslocaux;
 ellesoffrentuneimportanteindépendanceénergétique.
LaFranceestenretardsurlesimplantationsd’aérogénérateurs,enraisondel’énergieproduiteparlescentrales
nucléaires:notrepaysdisposeencorede17centralesthermiques,trèspolluantesetquiserventàproduirele
complémentd’énergienécessaireencasdepicdeforteconsommation.LaFrancedisposepourtantdudeuxième
gisementÉoliend’Europe.(Ressourcesenvent).
Au1erjanvier2014,laFrancedisposed’unparcde4058aérogénérateursetunepuissanceinstalléede6640MW
soituneprogressionde15%enuneannée.http://fee.asso.fr/centre‐infos/cartographie
1.2. Définitiondel'énergieéolienne:
Unaérogénérateur,pluscommunémentappelééolienne,estundispositifquitransformel'énergiecinétiqueduvent
enénergiemécaniquedisponiblesurunarbredetransmissionpuisenénergieélectriqueparl'intermédiaired'un
générateur.
1.3. Constitutiondel’éolienneàaxehorizontal:

Aérogénérateur‐Présentation
Présentationdusystème Page4sur8
Sciencesdel’Ingénieur
Lerotorpossèdetroispalesquipermettentdecapterl’énergieduventetdelatransféreràl’arbrelent.Unsystème
hydrauliqueouélectriquepermetd’orienterlespalesetderégulerlafréquencederotationdurotoràunevaleur
constante.Lespalesfournissentégalementunfreinaérodynamiquepar«miseendrapeau»ouseulementpar
rotationdeleursextrémités.Unmécanismeutilisantdesmoteursd’orientationpermetd’orienterlanacellefaceau
vent.Unanémomètreetunegirouettesituéssurletoitdelanacellefournissentlesdonnéesnécessairesausystème
decontrôlepourorienterl’éolienneetladéclencheroul’arrêterselonlavitesseduvent.
1.4. Fonctionnement
Quandleventselève,l’unitécentralegrâceàlagirouettesituéeàl'arrièredelanacelle,commandeauxmoteurs
d'orientationdeplacerl'éoliennefaceauvent.Lestroispalessontmisesenmouvementparlaseuleforceduvent.
Ellesentraînentavecellesl'arbreprincipalquiestliéàl’arbred’entréedumultiplicateur.
Dèsquelavitesseduventserasuffisante(4m/ssoitenviron15km/h),l'éoliennepeutêtrecoupléeaugénérateur
parl’arbredesortiedumultiplicateuretpeutfournirdel’électricitéauréseau.Lespalestournentalorsàune
fréquencederotationde30toursparminuteetentraînentlegénérateurà1500toursparminute.Cettefréquence
derotationresteraconstantetoutaulongdelapériodedeproduction.Lorsquelavitesseduventatteint(14m/ssoit
50km/h),l'éoliennefournitsapuissancenominale.Legénérateurdélivrealorsuncourantélectriquealternatifàla
tensionde690voltsà50Hzdontl'intensitévarieenfonctiondelavitesseduvent.Ainsi,lorsquelavitesseduvent
croît,laportances'exerçantsurlespalesaugmenteetlapuissancedélivréeparlegénérateurs'accroît.
Pourdesvitessesdeventsupérieuresà14m/s(soitenviron50km/h),lapuissanceestmaintenueconstanteen
réduisantprogressivementlaportancedespales.L’unitéhydrauliquerégulecetteportanceenmodifiantl'anglede
calagedespalesquipivotentsurleursaxes.
Lorsquelavitesseduventdépasse25m/s(soit90km/h),lespalessontmisesendrapeau(parallèlesàladirectiondu
vent)etleurportancedevientquasimentnulle.Tantquelavitesseduventrestesupérieureà90km/h,lerotorde
l’éolienneest«enrouelibre»etlegénérateurestdéconnectéduréseau:l’éolienneneproduitplusd’électricité.
Dèsquelavitesseduventdiminue,l’éolienneseremetenproduction.
Toutescesopérationssontentièrementautomatiquesetgéréesparl’unitécentrale.Encasd'arrêtd’urgence,un
freinàdisqueplacésurl’arbrerapidedumultiplicateurpermetdestopperl'éolienneafind’évitersadestruction.
Aupieddel’éolienne,untransformateurconvertitlatensionde690voltsen20000volts,tensionduréseaunational
d'ÉlectricitédeFrancesurlequeltoutel'électricitéproduiteestdéversée.
1.5. Présentationdusystèmeétudié
L’éoliennequenousallonsétudiercorrespondàlacatégoriemoyenneselonsapuissancenominaledélivréeau
réseau.Ils’agitdel’éoliennepolyvalenteV52‐850kWfabriquéeparlasociétéDanoiseVESTAS.
Voicisescaractéristiquestechniques:
Diamètredurotor:àdéterminer Vitessedecoupure:25m/s
HauteurduMoyeu:55m Freinaérodynamiqueetrégulationdespalespar3
vérinshydrauliquesindépendants
Vitessededémarrage:4m/s
Générateurtype:asynchrone
Puissancenominale:850KW
Tension:690V50Hz
Vitessenominale:14m/sFréquencederotationdurotor:30tr/min

Aérogénérateur‐Présentation
Présentationdusystème Page5sur8
Sciencesdel’Ingénieur
RepèreDésignation RepèreDésignation
1
Fondation 11 Accouplementàhautefréquencederotation
2
Tour 12 Freinàdisque
3
Pignond’entrainementdelanacelle 13 Multiplicateurdevitesse
4
Rouedentéeliéeàlatour 14 Accouplementàbassefréquencederotation
5
Moteurd’orientationdelanacelle 15 Arbrelent
6
Nacelleorientable 16 Moyeudurotorà3pales
7
Unitécentrale 17 Paleàpasvariable
8
Girouette 18 Réseauélectrique
9
Anémomètre 19 Systèmederégulationdupasdespales
10
Générateur 20 Groupehydraulique