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CI3 GESTION DE L’ENERGIE DANS LES SYSTEMES Electrotech. X Cycle n° 1

AII ENERGIE EOLIENNE

TP n° 3

ETUDE DES EOLIENNES ET MISE EN ŒUVRE DU SYSTEME EOLICC

Contenus

Production d’énergie électrique éolienne. Fonctionnement d’une éolienne, principe du pas variable

Programme

B.2. Electrotechnique : I.Système de production, de transport et de distribution I.1. Economie générale du système Production de l’électricité. Ressources énergétiques nationales

COMPETENCES VISEES

Etre capable de citer les différents moyens de production de l’énergie électrique et d’expliquer le principe de la production éolienne.

Pré requis

Notions d’énergie et de puissance.

Essentiel à retenir

Principe de fonctionnement des éoliennes Ordre de grandeurs des puissances disponibles Avantages et inconvénients de la production éolienne

Secteur

Salle A104 et salle A102

Durée

4 h

Matériel

Micro-ordinateur Système EOLICC Puissancemètre Fréquencemètre

Documents

Fichiers informatiques. Pages internet.

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Attention , en septembre n’oubliez pas les vents d’anges…

A – PRINCIPE DE LA PRODUCTION D’ENERGIE EOLIENNE ET EXERCICES 2h

A1 - A partir des ressources disponibles sur PC dans le fichier éolien.html, répondre aux questions suivantes :

- EXPLIQUER le principe de la production d’énergie éolienne. - LOCALISER géographiquement les sites de production. - DONNER l’odre de grandeur des puissances disponibles. - DEFINIR les types de tension ( alternatif / continu … ) obtenus en fonction des applications. - EXPLIQUER l’intérêt de la pale variable sur la pale fixe. - DONNER les avantages et inconvénients de l’éolien par rapport aux autres types de production.

A2 – EXERCICE DE COMPARAISON EOLIENNE / NUCLEAIRE :

Les éoliennes les plus récentes et les plus efficaces ont une puissance nominale de 1,5 MW avec une longueur de pâle de 35 mètres. L'énergie qu'elles peuvent produire sur un site venté est d'environ 4 GWh/an.

Le parc des centrales nucléaires a été construit en 20 ans pour faire face à la crise pétrolière des années 1970. Le parc nucléaire compte 58 réacteurs qui ont produit 422 milliards de kWh 2008.

A partir des données fournies, on se propose d'essayer de comparer grossièrement deux types de production d'énergie électrique : l'éolien et le nucléaire puisque actuellement en France celui-ci représente environ 75% de la production.

A21 CALCULER la production moyenne d'énergie d'un réacteur nucléaire. A22 CALCULER le nombre théorique d'éoliennes nécessaires pour remplacer un réacteur puis pour remplacer l’ensemble des réacteurs nucléaires. A23 EXPLIQUER pourquoi la solution " tout éolien " est impossible.

A3 – ANALYSE TECHNIQUE D’UNE EOLIENNE :

L’effort mécanique nécessaire à l’entraînement du générateur électrique est obtenu à partir de l’énergie cinétique d’une masse d’air en mouvement ( le vent ). L’énergie récupérable ne peut excéder 16/27 de l’énergie cinétique accumulée dans la masse d’air. La puissance récupérable que peut fournir le vent est donnée par la loi de Betz :

3..

2

1vSP ρ= avec …P puissance en W S :surface de brassage de la pale en m²

v vitesse du vent en m/s et ρ densité de l’air en kg/m3

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L’éolienne installée est l’éolienne LW30 :

A31 – CALCULER la surface de brassage des pales. A32 – TRACER la courbe P = f ( v ) à l’aide de la loi de Betz ( vent de 0 à 25 m/s ) sachant que la densité de l’air vaut 1,25 kg/m3 ( on prendra cette valeur fixe, en sachant que cette densité dépend en fait de la température et de la quantité d’eau dans l’air ). A33 – CALCULER le rendement de l’éolienne pour un vent de 10 m/s. A34 – CALCULER ce même rendement pour un vent de 13 m/s. A35 – CONCLURE sur la plage d’utilisation de l’éolienne. A36 – EXPLIQUER comment et pourquoi la puissance garde la valeur de 250kW pour un vent variable de 13 à 25 m/s.

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B – MESURES SUR LE SYSTEME EOLICC 2h

L’équipement est composé d’une partie

opérative mobile, d’un coffret de contrôle-

commande ’Ventilation’ et d’un coffret de

contrôle gestion d’énergie ‘Eolienne’.

C’est une soufflerie en circuit fermé. La partie supérieure, constituée de panneaux transparents, laisse apparaître le plan de travail où sont fixés les différents éléments : le moto-ventilateur, l’éolienne, l’anémomètre, … En partie inférieure de la face avant est implantée une platine connecteurs d’où partent les câbles vers les deux coffrets.

Coffret de contrôle-commande ‘Ventilation’ : Il abrite un variateur de vitesse U1 dont ses paramètres de configuration sont accessibles en face avant. Coffret de contrôle gestion d’énergie ‘Eolienne’ : De dimensions identiques au précédent, Il est dédié à l’aérogénérateur avec pour fonctions principales la commande du moteur d’orientation des pales et l’exploitation de l’énergie produite sur différentes natures de charges : lampes, batterie, résistance. Les tensions et intensités de sortie sont de type continu.

B1 – MISE EN ŒUVRE DU SYSTEME : alimenter le système, ne pas charger la sortie de l’éolienne et faire varier la vitesse du vent puis l’orientation de la pale, afin de bien comprendre le fonctionnement de l’ensemble. Pour tous les essais à venir, la procédure sera la suivante :

- fixer l’angle de la pale à la valeur souhaitée

- démarrer à vide et attendre la stabilisation de la vitesse du vent à la valeur souhaitée

- charger avec la lampe

- mesurer la puissance disponible à l’aide d’un puissance-mètre ( P = UI ).

B2 – ESSAI EN PALE FIXE : EOLIENNE DE BATEAU - REGLER l’angle de la pale à 8°. - MESURER la puissance disponible pour les vitesses de vent de 15, 20, 25, 30, 35 et 40 km/h. - CONCLURE sur la plage d’utilisation de cette éolienne.

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B3 – ESSAI EN PALE VARIABLE : PRODUCTION D’ENERGIE ELECTRIQUE

- REGLER la vitesse du vent à 35 km/h. - MESURER la puissance disponible ainsi que la fréquence de rotation de l’hélice en faisant varier

l’angle de la pale comme indiqué dans le tableau suivant :

Angle en ° Puissance en W Fréquence en Hz

18

15

12

10

9

8

7

6

5

4

3

- MESURER l’angle optimal et la puissance maximale disponible pour les vitesses de vent définies

dans le tableau suivant :

Vent en km/h Puissance en W Angle en °

20

25

30

35

40

- CONCLURE sur l’intérêt de la pale variable à partir de ces différents essais.