LES EOLIENNES

1. LES EOLIENNES LES ÉNERGIES RENOUVELABLES Réalisé par Denis KEIFLIN – Lycée Louis ARMAND de MULHOUSE

2. Sommaire Principe de fonctionnement Les types d’éoliennes Dimensionnement & caractéristiques La forme des pales Gisement éolien en France Technologies Exemples Démarche administrative Montage d’une éolienne Tarifications Les éoliennes du futur Hydroliennes Statistiques

3. Principe de fonctionnement Les pales tournent grâce à la force du vent, entraînent le générateur électrique. Elles sont orientées face au vent grâce à un ensemble de moteurs reliés à une girouette. Elles peuvent également tourner sur elles-mêmes en fonction de la vitesse du vent, évaluée par un anémomètre, et ainsi avoir une vitesse de rotation régulée.L'électricité produite peut être utilisée ou stockée dans des batteries. Les conditions d'installation d'une éolienne sont :         - Un vent régulier et suffisamment puissant        - L'absence d'obstacles (forêt, bâtiments, pylônes…)

5. Les types d’éoliennes • Axe horizontal: • Multipales vitesse lente • Tripales ou bipales rapide • Axe vertical: • Savonius • Darrieus

6. 7 rotors de 3 pales, d'un diamètre de 2,1m fournissant une puissance de 6 kW.

7. Éoliennes à axe vertical La Savonius (traînée différentielle) est constituée de plusieurs godets demi-cylindriques légèrement désaxés. Source: http://www.gual-industrie.com/cdrom.html • L’éolienne démarre à de faibles vitesses de vent et présente un couple élevé (variant de façon sinusoïdale au cours de la rotation). • Avantage: intègre les bâtiments sans en dénaturer l’esthétique, peu bruyant.

8. La Darrieus (variation cyclique d’incidence) repose sur l’effet de portance subi par un profil soumis à l’action d'un vent relatif ; Effet qui s'exerce sur l'aile d'un avion • On distingue plusieurs déclinaisons autour de ce principe, depuis le simple rotor cylindrique • trois profils disposés de part et d'autre de l'axe • jusqu’au rotor parabolique où les profils sont recourbés en troposkine et fixés au sommet et à la base de l'axe vertical

9. Première éolienne horizontale installée en janvier 2006 sur un toit HLM du Pas-de-Calais. Elle produira l'équivalent de la consommation des parties communes de 2 immeubles (40 habitations). Les deux rotors longs de 5 m entraînent une génératrice de 6 kW placée au milieu des rotors qui produit 7 à 8 000 kWh/an.

10. Les éoliennes détournent le vent Dimensionnement & caractéristiques Détermination du diamètre : Puissance de vent disponible : Pvent = ½ . S . ρ . V3 Puissance récupérable : Cp = 0,59 maximum Eolienne du marché : Cp = 0,25 à 0,4 Eolienne autoconstruite : Cp = 0,15 à 0,2 Ex : pour 3 m de diamètre et à 10 m/s, P = 750 à 1500W

11. Classification des éoliennes

12. Courbe de puissance en fonction de la vitesse du vent Démarrage à une vitesse du vent faible Mise en « drapeau » des pales de l’hélice. Optimisation du régime de conversion de l’énergie la régulation par limitation de la puissance VD VM Vn

13. La forme des pales traînée Portance Vent Résultante

14. Gisement éolien en France Nécessite des vents réguliers : • Vitesse moyenne minimale du vent : 4,5 m/s à 10 m de hauteur • Régions côtières • Sommets ou cols en montagne • Vallées orientées E-O

16. Technologies Angle de décalage Pe Convertisseur Asservissement & Régulation Réseau Image du vent

17. Géné asynchrone à bague connectée au réseau et contrôle électronique du glissement Variation électronique de la résistance rotor, permettant de filtrer les rafales et effets d’ombrage sans dégrader le rendement. Géné asynchrone à cage avec multiplicateur et connexion au réseau Système le plus courant car à faible coût, Inconvénient du couplage réseau rigide et stress mécanique accrû

18. Géné asynchrone avec multiplicateur à variation de vitesse par le rotor Solution intéressante où le convertisseur statique est dimensionné à une puissance réduite (0,25 à 0,3 Pn), selon la gamme de variation de vitesse désirée. Possibilité de régler l’énergie réactive.

19. Géné synchrone à attaque directe à excitation bobinée sans balai ou à aimants Système sans multiplicateur mécanique. Génératrice synchrone à grand nombre de pôles à excitation bobinée ou à aimants. Grande plage de variation de vitesse. Rendement élevé.Possibilité de régler l’énergie réactive.Coût élevé.

20. Exemples Modèle: Air X terrestre Puissance nominale : 400 W à 45 km/h diamètre du rotor tripale : 1,15 m. Hauteur du moyeu : 4 m Génératrice: synchrone Tension : 12 V continue. Modèle: GEV MP 250 / 275Puissance nominale: 250 kW. Diamètre du rotor bipale: 26 m Hauteur du moyeu :60 m Génératrice: asynchrone bi-vitesse. Tension: 400 V triphasé. Modèle : 5M RepowerPuissance nominale : 5 MWDiamètre du rotor tripale: 126 m Hauteur du rotor pour le modèle terrestre : 120mHauteur du rotor pour le modèle maritime : 90m Tension: 20 kV triphasé.

21. Le bruit généré par une éolienne a deux origines : Le bruit mécanique Créé par les différents organes en mouvement (engrenages multiplicateur). Le bruit aérodynamique Le freinage du vent et son écoulement autour des pales.

22. Projet d'implantation de 5 éoliennes géantes à Vaux-sur-Lunain et Villebéon — projet rejeté ! — Cette carte montre le bruit généré par 5 éoliennes de 145 m de haut. Elle a été établie par les promoteurs, dans le cas d'une vitesse de vent de 50 km/h.

23. Démarche administrative

24. une éolienne de moins de 12 m est autorisée selon le Code de l'urbanisme et l’électricité peut ou pas être revendue à EDF. • Déclaration de travaux d’une éolienne de plus de 12 m • Demande de permis de construire (mairie, DDE). • Demande d'autorisation éventuelle auprès de l'Aviation civile et de l'armée de l’Air. • Demande à l'installateur de délivrer une attestation de conformité • Demande du droit d'exploiter de l'énergie auprès de la direction de la Demande et des Marchés énergétiques (Dideme).

25. Demande de certificat d'obligation d'achat auprès de la direction régionale de l'Industrie, de la Recherche et de l'Environnement (Drire). • Demande d'étude et de devis de raccordement auprès des agences régionales de distribution d'EDF (ARD). • Demande d'établissement du contrat de rachat de l'électricité par EDF auprès de l'Agence d'obligation d'achat (AOA). • Demande de pose d'un compteur auprès des agences régionales de distribution d'EDF (ARD).

26. Montage d’une éolienne Montage de 8 éoliennes sur le ban de Soudan situé à 80 km au nord de Nantes (8 millions d’€). fondations qui devront supporter l'éolienne, haute de 120 m. Assemblage du mât composé de 4 tronçons Montage de la nacelle et du générateur. Puissance de 2,3 MW

27. Tarifications Durée descontrats Exemple de tarifs pour les nouvelles installations 15 ans (terrestre) 20 ans(en mer) • éolien terrestre : 8,2 c€/kWh pendant 10 ans, puis entre 2,8 et 8,2 c€/kWh pendant 5 ans selon les sites. • éolien en mer : 13 c€/kWh pendant 10 ans, puis entre 3 et 13 c€/kWh pendant 10 ans selon les sites. La durée de vie d’une éolienne est d’environ 20 ans, une grande éolienne sera rentabilisée en 7 à 10 ans en France. Coût de rachat de l’électricité à partir du10 juillet 2006

28. Les éoliennes du futur Eoliennes volantes La Stormblade Turbine, ressemble à celui d'un réacteur d'avion : les pales sont protégées par un carénage qui dirige le flux d'air à l'intérieur de cette turbine comme une buse d'admission

29. Hydroliennes Les Britanniques sont les pionniers dans ce nouveau secteur. La société Marine Current Turbines a installé en 2003 la première hydrolienne à Lynmouth, au Sud de l'Angleterre. Une énergie régulière et inépuisable Ces hydroliennes exploitent l'énergie des courants de marées. La production d'électricité est prévisible (les marées sont calculées à l'avance). L'espace nécessaire pour ces installations et l'impact sur l'environnement sont réduits. Les courants marins constituent une ressource énergétique intéressante car la densité de l'eau est 1 000 fois supérieure à celle de l'air Problèmes : Un danger potentiel pour les bateaux, les difficultés d'entretien, et la résistance dans le temps (salinité, sable…). Cette turbine, baptisée SeaGen, mesure 11 m de diamètre et génère une puissance de 1200 kW.

31. Avantages: • Source d’énergie renouvelable et inépuisable, non polluante; • Création d’emploi (l’entretien d’un parc éolien); •  Attrait touristique; •  Taxes pour la région, les taxes professionnelles et foncières payées par les exploitants du parc éolien; • Techniquement au point dans les régions bien ventées; • La période de haute productivité en hiver. • Inconvénients: • coût élevé d’un projet éolien • les effets sur le paysage ; • le bruit ; • la perturbation de l'écologie locale des sites ; • la destruction de vestiges archéologiques ; • les interférences électromagnétiques ; • la sécurité.

32. Statistiques • Monde • L’année 2005 a été une bonne année pour l’éolien avec l’installation de 11 531 MW dans plus de 30 pays, soit une croissance de 24% de la puissance totale installée (59 084 MW) :  • Allemagne (18 428 MW) • Espagne (10 027 MW) • Etats-Unis (9 149 MW) • Inde (4 430 MW) • Danemark (3 122 MW). Union Européenne La puissance éolienne installée s’élève à 40.504 MW, soit une augmentation de 18% par rapport à 2004 (34 372 MW). Ce sont donc 6 183 MW qui ont été installés en 2006 générant un chiffre d’affaires de 6 milliards d’€ pour l’industrie éolienne.

34. Production électrique EnR en 2006

35. Fin