1 *introduction 2 *le principe de fonctionnement d’une éolienne 3 *composition d’une éolienne 4 *conclusion.

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2 1 *introduction 2 *le principe de fonctionnement d’une éolienne 3 *composition d’une éolienne 4 *conclusion

3 Pendant des siècles, l'homme utilise l'énergie du vent pour déplacer les navires, moudre le grain ou pomper l'eau. Cette ancienne technologie est actuellement utilisée pour produire de l'électricité c’est un source naturel qui produit une énergie renouvelables.

4 Dans nos jours Le changement climatique représente une menace grave pour le développement durable c’est pour cela je pense que La production d'énergie électrique à partir de l'énergie du vent pourrait contribuer aux efforts pour la lutte contre le changement climatique. Mon but à travers ce tipe c’est: - D’étudier succinctement le principe de fonctionnement de l’éolien - De faire une analyse critique des données ayant une relation avec mon sujet

5 L’énergie du vent est très utile pour lutter contre la pollution mais l’homme est obligé de trouver des solution au problèmes qui apparait lors de la production de cette énergie et parmi ces contraintes ou ces inconvénient on trouve: - l’implantation des éoliennes changes le paysage - La production de l’énergie liée à la quantité du vent qui soufflent - Installation à durée de vie limitée (20-30 ans) - son rendement est moyen (20-60%) - Les éoliennes peuvent produire un peu de bruit

6 Le principe de fonctionnement de l’énergie éolienne est relativement simple: Grace à la force du vent les pales de l’hélice tourne et en même temps il fait tourner le générateur à son tour le générateur transforme l’énergie mécanique en énergie électrique une énergie qui va stockée dans des batterie.

7 L’éolienne est composé de: 1.pales d’une éolienne Les éoliennes modernes sont composées de 2 à 3 ailes ou pales, qui tournent autour d’un rotor à axe horizontal. Les pales de l’hélice d’une éolienne peuvent être en bois, en plastique, ou en métal…son diamètre est varie de 40m à 120m 2.Un mât permet d'élever l'hélice à un hauteur adéquate où la vitesse du vent est plus élevée 3.Le rotor Il s’appelle aussi l’hélice c’est la Partie tournante de l’éolienne il est constitué de plusieurs pales en général 3 pale il permet de transformer l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique 4.La nacelle pivotante Il Contient *le générateur qui produit de l’électricité *le multiplicateur qui augmente la vitesse de rotation (nombre de tours ) *frein il est nécessaire pour arrêter l’éolien en cas d’urgence Le diamètre qu’elles balaient varie de 40 m à 120 m.

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11 la première document représente la vitesse du vent dans chaque région du maroc et la deuxième image nous indique les villes où les parcs éolien sont implanté.de ces deux document on note que: *les régions du maroc qui connaient une vitesse très èlevé se situent au nord dans la région de tanger-tétouan,d’essaouira,la zone atlantique sud de tarfaya à lagouira,la région de taza et entre les chaines montagneuses de l’atlas et du rif *les parcs eolien sont implanté dans les régions ou la vitesse du vent dépasse 8 m/s *le Maroc

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13 Le changement climatique est l’un des grand défis d Actuellement le monde cherche à http://www.iscience.ca/energieeo/ateliers/qui z.php

14 Calcul de la puissance théorique La puissance théorique maximale récupérable par un eolien est égal 16/27 de l’énergie cinétique du vent avec (d’après 5) Lorsque Ce résultat fut découvert par l'allemand Albert Betz en 1919 et fut publié dans son livre Wind Energie en 1926. Aussi surprenant que cela puisse paraître, cette loi s'applique à tout type d'éolienne que l'on désignera d'ailleurs par le nom générique de capteur éolien. En effet, Betz affirme que la puissance théorique maximale récupérable par un capteur éolien est égale à de la puissance incidente du vent qui "traverse" l'éolienne. Il affirme de plus que cette limite sera atteinte lorsque le capteur éolien freinera le vent( ) à d e sa vitesse en amont( ) de l'éolienne. On peut regrouper ces résultats par les formules : http://eolienne.tpe.2008.free.fr/page5.php

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20 1.2.2 La puissance du vent comme énergie cinétique Les éoliennes convertissent dans un premier temps l’énergie cinétique du vent en énergie cinétique de rotation du rotor. Cette dernière est elle-même convertie par l’arbre principal, le multiplicateur (en option) et la génératrice en énergie électrique pouvant être fournie aux consommateurs par l’intermédiaire du réseau électrique. La quantité d’électricité générée dépend des paramètres techniques de l’éolienne mais aussi de la qualité de la ressource « vent ». La puissance du vent arrivant face à l’éolienne est déterminée par la densité atmosphérique, la surface de balayage du rotor et en particulier la vitesse du vent. La surface balayée par le rotor varie quant à elle en fonction de la longueur des pales. La densité atmosphérique et la vitesse du vent constituent des ressources spécifiques dépendant de la température, de l’humidité et de l’altitude. La formule suivante illustre l’influence de la vitesse du vent, de la densité atmosphérique et de la surface balayée sur la puissance du vent : P=1/2 ρ A (v^3) Avec : P = puissance [W ou J/s] ρ = densité [kg/m3 ] S = surface balayée [m2 ] v = vitesse du vent [m/s] La Densité de Puissance Éolienne est calculée par la formule DPE = ½ x ρ x v3. Elle ne dépend ni du modèle, ni de la taille de l’éolienne, mais est uniquement fonction de la vitesse du vent et de la densité atmosphérique. Exprimée en watt par mètre carré, elle est utile pour évaluer la ressource éolienne disponible sur un site potentiel.

21 La puissance dont vous avez besoin est directement liée à votre consommation. Il convient donc de faire une petite étude de votre consommation d’énergie pour déterminer la puissance de l’éolienne adaptée à votre consommation. Déterminer vos besoins en éclairage, en matériel ménager (lave-vaisselle, aspirateur, four, frigo…), autre matériel (télévision, ordinateur, chaîne hi fi, bricolage,…). Il faut calculer tous les besoins en kWh indispensables à votre vie pour connaître votre consommation électrique. On utilise la formule suivante : Énergie consommée (kWh/jour) = puissance d’un appareil (kW) x nombre d’heures d’utilisation (h)/jour On le fait pour chaque appareil puis on additionne pour trouver la consommation totale. Un fois la consommation totale établie, Il faut donc déterminer quelle puissance éolienne vous permettra de couvrir votre besoin. Pour cela on choisit une éolienne dont la puissance nominale correspond à la puissance maximum requise par l’application. Quelques exemples : puissance éolienne de 50 à 400 w => (micro système) utilisé dans les petites applications (ex : recharge de batterie). puissance éolienne de 400 à 1 KW = (mini système) utilisé dans les applications de faible puissance. puissance éolienne de 1 à 50 KW = (système domestique) utilisé pour fournir une partie ou la totalité d ‘électricité d’une maison familiale, d’une ferme ou d’un commerce.

22 Nous admettons la relation suivante qui nous permettra de déduire de l’énergie cinétique du vent la puissance de telles éoliennes : 1 MJ = 278 W/h Afin de déterminer la puissance de ces éoliennes, nous devons déterminer l’énergie cinétique du vent auquel est soumise l’éolienne. Nous utiliserons donc la formule de l’énergie cinétique : Ec = ½ x m x Vi 2 avec Ec : Energie cinétique en Joule (J) m : Mase du volume d'air en Kg Vi : Vitesse instantanée du vent en m/s Cette formule fait intervenir la masse du volume d’air en kg que nous devons déterminer : Pour cela nous allons utiliser la formule de la masse volumique : ρ = m/V(air) ρ : masse volumique en kg/m 3 m : masse en kg V(air) : le volume d’air en m 3 On déduit de cette formule l’expression de la masse qui nous servira dans l’expression de l’énergie cinétique du vent : m = ρ x V(air) Or nous connaissons la masse volumique de l’air qui est de environ : 1.2 kg/m 3 Production d’énergie électrique : Relations et formules avec

23 Nous devons déterminer le volume d’air. Pour cela nous utilisons donc la formule suivante V(air) = VixS V(air) : le volume d’air en m 3 Vi : La vitesse instantanée du vent (de l’air) S : La surface du cercle formé par les pâles soit le cercle de rayon une pâle ou de diamètre deux pâles. Nous connaissons la vitesse instantanée du vent qui est de : 50 km/h soit environ 14 m/s Et la surface d’un cercle est définie par : S = π x R 2 avec R = D/2 D : diamètre ici de 71 mètres Nous pouvons donc maintenant exprimer l’énergie cinétique du vent auquel est soumise l’éolienne : Ec = ½ x ρ x Vi x S x Vi 2  Ec = ½ x ρ x π x R 2 x Vi 3 Calculons : Ec = ½ x 1.2 x 3.14 x (71/2) 2 x 14 3 = 6 518 413 J soit environ 6 518 KJ soit environ 6,5 MJ Si nous reprenons l’égalité admise ci-dessus : 1 MJ = 278 W/h Alors 6,5MJ = 6,5 x 278 W/h ≈ 1812 W/h soit environ 1.8 KW/h avec

24 Cette valeur trouvée par les calculs peut confirmer le schéma suivant de la puissance des éoliennes en fonction de leur diamètre :

25 La puissance dépend de la surface offerte au vent. (Ainsi, une éolienne bipale ayant des pales larges peut produire autant de force qu'une éolienne tripale ayant de petites pales) La puissance d'une éolienne est proportionnelle à la surface balayée par l'hélice (elle est mesurée en Watts et ses multiples). Elle est égale au cube de la vitesse du vent: ainsi, si le vent souffle deux fois plus fort, la puissance sera multipliée par huit : 2³=8 La formule de la puissance théorique P que l'on peut retirer avec un vent de vitesse Vi en traversant une surface S (d’une hélice d'éolienne) balayée par le vent correspond à la valeur de l’énergie cinétique du vent. Elle est donnée par la formule suivante : P = ½ x ρ x S x Vi³ ρ : masse volumique de l'air en en kg/m³ (environ 1,2 kg/m³) Vi : vitesse du vent en m/s Puissance récupérable

26 On remarque que la formule correspond bien à celle de l’énergie cinétique retrouvée par calcul précédemment. Cependant, la puissance récupérable est inférieure, car le vent garde malgré tout une vitesse bien qu’il soit ralenti par l’éolienne. La formule telle que, serait valable dans le cas où l’éolienne arrêterait totalement le vent, or ce n’est pas le cas. Si toute cette énergie était captée, il n'y aurait plus de vent derrière les pales de l'hélice, ce qui n'est jamais le cas. Albert Betz, un scientifique allemand, a montré dans son livre Wind- Energie und ihre Ausnutzung durch Windmühlen (« L'énergie éolienne et son exploitation dans les moulins à vent ») publié en 1926, que le maximum d'énergie récupérable est égal à 16/27 de la puissance théoriquement récupérable, c'est-à-dire environ 59%.

27 La puissance maximale récupérable est donc: 16/27 x P = 16/54 x ρ x S x Vi³= 8/27 x ρ x S x V 3 On constate alors, si nous reprenons les valeurs précédemment utilisées, que l’égalité admise, revient à utiliser la loi de Betz. La puissance des plus grosses éoliennes actuelles est de l'ordre de 2,5 MW pour atteindre bientôt 3 voire 4 MW. Pour donner un ordre de grandeur, 10 MW correspondent à l'électricité domestique, hors chauffage, consommée par 5650 foyers, soit près de 15 000 personnes, par an. Les machines les plus fréquemment installées sont des modèles de 2,0 kW.

28 L’énergie éolienne est une énergie renouvelable. L’électricité est générée par la mise en rotation des pales ou de la structure d’une éolienne, encore appelée aérogénérateur électrique. Avec une éolienne, vous pouvez donc alimenter votre habitation ou votre bâtiment en énergie pour vos différents besoins électriques On estime que chaque année, le vent distribue entre 2.5 et 5.1015 kWh; une énergie très importante mais difficilement récupérable notre but c’est de trouver une manière pour augmenter le rendement de l’énergie éolienne

29 L’énergie éolienne est celle qui, à ce jour, bénéficie des techniques les plus abouties et permet le meilleur rendement parmi l’ensemble des nouvelles énergies renouvelables. Une éolienne peut récupérer jusqu’à 59% de l’énergie du vent !rendementrenouvelables Cela dit, le vent soufflant de manière intermittente, la production représente environ 20% de son temps de fonctionnement. Les éoliennes ont une durée de vie limitée. En général, elles sont démontées après 20 à 30 ans de fonctionnement. La Suisse compte une trentaine d’éoliennes d’importance qui produisent au total un peu plus de 108 millions de kilowattheures(kWh). On estime que, d’ici 2030, l’énergie éolienne indigène pourrait fournir 600 millions de kWh (soit plus de 5 fois plus !)

30 problèmes liés aux petits réseaux Le problème de l'énergie éolienne, souligné par la plupart des spécialistes, est l'inconstance de la puissance fournie. Quand cette puissance est inférieure à la capacité de la charge du réseau, il faut une source de puissance complémentaire (par exemple, un groupe électrogène Diesel). Quand cette puissance dépasse la capacité de la charge du réseau, il faut l'intervention d'un système de régulation de façon à maintenir constantes la fréquence et la tension. La complexité à résoudre ces contraintes techniques a amené la plupart des entreprises à négliger, jusqu'à présent, l'énergie éolienne pour les petits réseaux.... Menu... Solutions Lorsque la puissance fournie par l'éolienne est inférieure à la capacité de la charge du réseau, le problème se résout assez facilement en faisant appel à un groupe électrogène Diesel qui fonctionne en parallèle avec l'aérogénérateur. Dans ce cas, le groupe Diesel devra pouvoir réagir très rapidement de façon à compenser les variations de la puissance du vent. Par contre, lorsque la puissance du vent dépasse la puissance requise par le réseau, plusieurs solutions ont été expérimentées. La dérivation de l'excès de puissance de l'aérogénérateur dans une charge de délestage. Plusieurs expériences ont été réalisées avec une charge de délestage commandée par informatique, mais les coûts additionnels et le temps trop long de réaction de ces systèmes ont freiné leur application. Le stockage de l'excès de puissance de l'aérogénérateur. Le stockage dans des batteries a souvent été essayé, mais son coût additionnel et la technologie critique pour la conversion alternatif-continu-alternatif (AC-DC-AC) rend cette approche inacceptable pour les réseaux de 100 à 1.000 kW. Le stockage des pointes de puissance dues aux coups de vent a aussi été réalisé au moyen de volants d'inertie. En combinaison avec des charges de délestage, cette solution peut être considérée pour les petits réseaux, mais de nouveau, les coûts additionnels et la maintenance réduisent la viabilité économique de ces solutions. L'adaptation instantanée de la puissance de sortie de la ferme éolienne avec la charge du réseau. Une première approche de cette solution est la subdivision de la capacité de la ferme éolienne en une multitude de petits aérogénérateurs, qui peuvent être connectés ou déconnectés de façon à s'adapter aussi bien que possible à la charge du réseau. Cette solution a été essayée dans différentes situations et a prouvé sa faisabilité technique. Son désavantage est sa complexité et son coût. Dans la plupart des cas, le kWh produit à partir de petits aérogénérateurs est substantiellement plus cher que celui produit par des aérogénérateurs de grande taille. De plus, cette approche entraîne toujours des fluctuations soudaines de fréquence et de tension lors de l'enclenchement d'un nouvel aérogénérateur. Son démarrage puise de la puissance sur le réseau à un moment où la demande d'énergie augmente. La deuxième approche de cette solution est l'action sur le rendement aérodynamique de l'aérogénérateur. Cela peut être réalisé en modifiant le calage des pales de l'hélice. Pour que cette solution soit possible, il faut que le système de régulation réagisse suffisamment vite. Une installation de ce type fonctionne depuis 4 ans au Kenya: un aérogénérateur de 150 kW est couplé à deux groupes Diesel de 100 kW et 200 kW. Grâce à l'économie de combustible (50% de l'énergie est produite par le vent), l'aérogénérateur a été amorti en 3 ans.