REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEURE
ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE ABOU BEKR BELKAID DE TLEMCEN
FACULTE DES SCIENCES
DEPARTEMENT DE PHYSIQUE
UNITE DE RECHERCHE MATERIAUX
ET ENERGIES RENOUVELABLES (URMER)
THЀSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR EN PHYSIQUE
Spécialité : Physique Energies Renouvelables
Par
Mr. Samir BELLARBI
Sur le Thème
Estimation technico-économique de la production d’électricité par
voie éolienne, intégrée aux réseaux interconnectés de transport
électrique
Soutenue publiquement devant le jury composé de :
Président
Pr. Boumediene BENYOUCEF
Professeur
(Univ. Tlemcen)
Directeur de thèse
Dr. Nachida .Kasbadji. MERZOUK
Directrice de Recherche
(UDES Tipaza)
Co-directeur de thèse
Examinateurs
Dr. Ali MALEK
Directeur de Recherche
(CDER Alger)
Pr. Med Salah AIT CHEIKH
Professeur
(ENP. Alger)
Pr. Nasr Eddin CHAABANE SARI
Professeur
(Univ. Tlemcen)
Dr. Mustapha HATTI
Maitre de Recherche A-Hab
(UDES Tipaza)

Sommaire
Introduction générale et problématique.....................................………………………….
Chapitre 1 : Généralités et Etat de l'art
1.1 Introduction………………………………………………………………………….....
1.2 Aérogénérateur ………………………...........................................................................
1.3. Types d’aérogénérateurs…………………...................................................................
1.3.1 Axe vertical ………….……………............................................................................
1.3.2 Axe horizontal...................................................…………........…………………….
1.4 Les éoliennes de grande puissance...….…………………………......…........................
1.4.1 Vitesse fixe…………….………………………………………..……………………
1.4.2 Vitesse variable...................................................…………….................................
1.5 Les convertisseurs.…...………………………………………………………………...
1.5.1 Convertisseurs utilisés pour la MADA......……………...........................................
1.5.2 Intérêt des convertisseurs multi-niveaux.…...……...................................................
1.5.2.1 Utilisation de n convertisseurs à deux niveaux.......…………..……………....……
1.5.2.2 Utilisation d’un convertisseur à (n+1) niveaux.....………………...……….......…..
1.6 Etat de l'art …………….…………………………...…………………....….…...……..
1.6.1 Travaux sur le gisement éolien………………………...............................................
1.6.2 Travaux sur les systèmes éoliens et l’aérodynamique....................................….......
1.7 Conclusion……….……………….................................................................................
1.8 Références bibliographiques………………….............................................................
Chapitre 2 : Maximisation de l’Energie Eolienne de Moyenne Puissance
2.1 Introduction ………………………………..………………………………………......
2.2 Modélisation de la MADA.........................................……………………...………......
2.2.1 Modèle de la MADA dans le repère de PARK……………………………………....
2.3 Modélisation de l’onduleur triphasé à trois niveaux de structure NPC…..……….........
2.3.1 Structure de l'onduleur triphasé à trois niveaux...………………………………........
2.3.2 Modèle de la commande de l'onduleur à trois niveaux.....…………………..…….....
2.4 Modélisation et commande du Redresseur de courant triphasé à trois niveaux NPC...
2.5 Stratégies de commande de la turbine de l'éolienne.........................……...……............
2.5.1 Caractéristiques de puissance-vitesse éoliennes de grande puissance.………..…......
2.5.2 Techniques d’extraction du maximum de la puissance………………………….......
2.5.3. Maximisation de la puissance sans asservissement de la vitesse…………………....
2.5.4. Maximisation de la puissance avec asservissement de la vitesse………………........
2.5.5 Maximisation de la puissance par la logique floue....................................................
01
03
03
04
04
05
07
07
08
14
15
19
20
21
22
22
22
24
25
28
28
31
36
36
38
43
49
49
50
51
53
57

Sommaire
2.6 Conclusion……………………………………………………………………………...
2.7. Références bibliographiques……………………….....................................................
Chapitre 3 : Maximisation de l’Energie Eolienne de Petite Puissance
3.1. Introduction ……………………………………………………………………...........
3.2. La conversion éolienne.......................................……………………………...….........
3.3. Modélisation de la chaîne éolienne de petite puissance………………………....….....
3.3.1 Modélisation de la machine synchrone à aimants permanents......................………..
3.3.2 Les convertisseurs statiques………………………………………………….....…...
3.3.3 Batterie........................................................………………………………….............
3.4. Méthodes de recherche du point de puissance maximale………………………...…....
3.4.1 Maximisation de puissance avec la logique floue......................................................
3.4.1.1 Hacheur dévolteur simple......................................................................................
3.4.1.2 Hacheur en pont a commande différentielle...........................................................
3.4.2 Simulation avec la vitesse du vent non linéaire .........................................................
3.4.3 Simulation avec la vitesse du vent linéaire ................................................................
3.4.4 Interprétation des résultats et discussions...............................………………………
3.5 Conclusion……………………………………………………………………………...
3.6 Références Bibliographiques……………………………………………………….......
Chapitre 4 : Etude Technico-économique d’une ferme éolienne connectée au réseau
électrique
4.1. Introduction…………..………………………………………………………………..
4.2. Réseau électrique de l’Algérie……....…………………………………..……….........
4.3. Estimation de la consommation d’énergie électrique de la zone d’Adrar..……………
4.3.1 Potentialité énergétique éolienne.............................................………………...........
a. Distribution de Weibull......................................................……………………...............
b. Distribution de Rayeigh………………………………………...………………………..
4.3.2. Méthodes de détermination des paramètres du vent………………………...............
4.3.2.1 Détermination des paramètres du vent de Weibull …..............................................
4.3.2.2 Vitesse moyenne et vitesse cubique moyenne …..................................................
4.3.2.3. Écart type des variations des vitesses………………………………………….......
4.3.2.4. Vitesse plus probable et vitesse à plus grande énergie..…......………………..
4.3.2.5. Indice de turbulence du vent....................................................................................
4.3.3. Influence des paramètres de Weibull sur la qualité du potentiel éolien…………......
66
67
70
70
71
75
76
80
80
81
85
86
86
91
94
95
96
98
98
103
105
105
105
106
106
107
107
108
108
108

Sommaire
4.3.4. Extrapolation des paramètres vents à la hauteur du noyau de l’aérogénérateur……
4.3.4.1 Loi logarithmique…………………………………………………………………..
4.3.4.2 Loi de puissance …………………………………………………………………...
4.3.5. Roses des vents………………………………………………………………………
4.3.5.1. Roses des distributions des vitesses du vent………………………………………
4.3.5.2. Roses des fréquences d’occurrence des classes de vent…………………………...
4.4. Application au site d’Adrar……………………………………………………………
4.4.1. Potentiel énergétique éolien………………………………………………………...
4.4.2. Choix de l’aérogénérateur…………………………………………………………...
4.4.3. Puissance générée par chaque type d’aérogénérateurs………………………………
4.5. Fermes éoliennes ………………………………………………………………………
4.5.1 Contraintes de connexion des fermes éoliennes……………………………………...
4.6. Etude économique……………………………………………………………………..
4.6.1. Cas des aérogénérateurs à grande puissance………………………………………...
4.6.1.1 Nombre d’aérogénérateurs nécessaires suivant la demande énergétique…………..
4.6.1. 2. Analyse du coût de production du kWh éolien……………………………………
4.6.2. Cas des éoliennes à petite puissance………………………………………………...
4.6.3. Comparaison du CPkWh avec celui des autres sources d’énergie…………………….
4.7. Conclusion.................................................................………………………….............
4.8 Références Bibliographiques...............................................................…………............
Conclusion générale……………………………………………………………………......
109
109
110
111
111
111
111
111
112
113
118
119
121
121
121
122
124
125
126
128
129

Remerciements
Je tiens vivement à remercier Mme Nachida KASBADJI MERZOUK, Directrice de
Recherche, UDES, CDER, pour avoir proposé un sujet aussi intéressant, pour la confiance et
l’intérêt qu’elle m’a témoigné tout au long de la réalisation de ce travail.
Je tiens vivement à remercier Monsieur Ali MALEK, Directeur de Recherche, CDER, pour la
confiance et l’intérêt qu’il ma témoigné tout au long de la réalisation de ce travail.
Je tiens à remercier Monsieur Boumediene BENYOUCEF, Professeur, Université de
Tlemcen, pour m’avoir fait l’honneur de présider le jury.
Je tiens également à remercier Monsieur Mohamed Salah AIT CHIKH, Professeur, Ecole
Nationale Polytechnique d'Alger, pour l’honneur qu’il me fait en participant au jury.
Je tiens également à remercier Monsieur Nasr Eddin CHAABANE SARI, Professeur,
Université de Tlemcen, pour l’honneur qu’il me fait en participant au jury.
Mes remerciements vont également à Monsieur Mustapha HATTI, Maitre de Recherche,
UDES, CDER, pour l’intérêt qu’il a manifesté pour ce travail en participant au jury.
Je voudrais remercier tout particulièrement mes parents ainsi que mes frères, ma femme pour
leurs soutiens et leurs encouragements tout au long de mon cursus.