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tpe eoliennes

 
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 Pierre
 
  
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 MessagePosté le: Jeu 21 Jan - 17:44 (2010)    Sujet du message: tpe eoliennes Répondre en citant

L’énergie distribué par le vent équivaut entre 2.5 et 5 *10^15 KWh, énergie importante mais au final on a des difficultés a la récupérer. De plus elle ne pollue pas et est renouvelable. C’est pour cela que dans ces 10 dernières années on cherche a perfectionner le moyen de récupérer cette grande énergie.
 

Une éolienne permet de récupérer l’énergie cinétique du vent pour produire de l’électricité (l’énergie cinétique est l’énergie d’un corps du fait de son mouvement).
Une a deux semaines sont nécessaires pour en monter une, seulement cela reste tout de même complexe.
 


 

On peut déduire quelques chiffres (ici pour une éolienne de type N60/1300 faite pas Nordex®, constructeur allemand)
 Hauteur du moyeu : entre 60 et 100 mètres
Diamètre du rotor : 60 mètres
Diamètre du mat : 4 mètres
Longueur des Pales : 32 mètres
Masse : 300 tonnes
Puissance : environ 2 millions de watts
Coût : 1 million  d’euros pour un million de watts
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Une éolienne est constituée de 4 éléments principaux :
 

1-le mat qui permet de placer le stator de l’éolienne à une hauteur où la vitesse est plus importante et plus régulière qu’au ras du sol (entre 60 et 100 mètres). Elle est composée de trois partie : dans la première qui est au ras du sol se trouve au ras du sol se trouve un ordinateur. Cet ordinateur relève les informations mesurées par l’anémomètre et la girouette et enclenche les freins si les pales tournent trop vite ou encore contrôler le conducteur de l’orientation pour orienter l’axe du rotor face au vent
 

2- une hélice qui est montée sur l’axe du rotor de l’alternateur. Elle est composée généralement de trois pales en époxyde, résine plastique légère et renforcée par des fibres de verre.
 

3- une nacelle au sommet du mat abritant les composants électriques nécessaires pour convertir le mouvement de rotation du rotor en énergie électrique
 

4-une cabine de dispesion située a la base de l’éolienne permettant de se connecter aux réseaux électriques souterrains pour y injecter l’énergie produite qui n’est pas consommée directement pas l’éolienne.
 

L’électricité injectée par la cabine de dispersion est envoyée à un transformateur qui augmente la tension du courant produit de 690 à 20000 volts
 Sur les grandes éoliennes la tension générée par l'éolienne est le plus souvent un courant alternatif de 690 V. Le courant est ensuite conduit à travers un transformateur situé juste à côté de l'éolienne (ou bien à l'intérieur) pour augmenter la tension à approximativement 10.000 à 30.000 V, selon le standard du réseau électrique local
 

 

 

 

 

Infos complémentaires :
 -le pilotage d’une éolienne est complètement automatique
- fonctionnement géré par un système de contrôle a distance, elles demandent donc peu d’interventions locales
-le moteur commandé par une girouette permet d’orienter l’éolienne face au vent
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Au sein de la nacelle
 

*arbre lent : C’est l’axe principal du rotor qui est directement relié au moyeu des pales. Elle tourne à une vitesse assez faible, a peu près 20 tours par minutes.
 

Arbre rapide : il tourne a environ 1500 tours par minute. Il entraîne directement le générateur.
 

*les freins sont un élément essentiel de l’éolienne, lorsque le vent devient trop fort cela peut endommager l’éolienne et peut entraîner des accidents.(qui est a peu près de 70m/s)
On y installe alors deux systèmes de freinage parmi les suivants :
-freinage par rapport a la force centrifuge, quand la vitesse augmente, les hélices sont soumis à une force centrifuge qui aurait tendance à les écarter du centre. Cela oriente des freins aérodynamiques qui ralentissent la vitesse de rotation
-un freinage avec des freins a disques. Un détecteur de vitesse déclenche ainsi l’arrêt complet de l’éolienne des que la vitesse du vent est trop importante.
-Les freins aérodynamiques sont principalement utilisés. Elles permettent de freiner les pales de l’éolienne grâce a sa forme des pales. Le bout des pales pivotent ou se couchent pour freiner les éoliennes
-Pour les petites éoliennes, la nacelle peut se coucher en cas de vents très fort
 

*la girouette et l’anémomètre permettent de connaître respectivement l’orientation du vents et sa vitesse
 

*multiplicateur : c’est un élément essentiel, Il permet d’augmenter la vitesse de rotation du rotor par rapport à sa vitesse initiale. Il est nécessaire pour arriver a la vitesse requise pour entraîner la génératrice.
(Il accélère plus de 1000 tours par minute pour la génératrice)

 

 

*Génératrice : fonctionnement : l’énergie cinétique du vent fait tourner l’hélice et donc le rotor, l’énergie du vent est donc transformée en énergie mécanique. La génératrice convertit l'énergie mécanique en énergie électrique.
 

Elle comporte un rotor, roue composée de séries de paires pôles nord et sud.
Cette dernière tourne dans un stator comportant une série de bobines de cuivre. Cela créer un courant de tension alternative avec une fréquence liée à la vitesse à laquelle tourne le rotor
Un rotor avec un petit diamètre= grande vitesse tandis que grand diamètre= petite vitesse. La génératrice convertit l'énergie mécanique en énergie électrique.

 

 

 

*Le système de refroidissement : Il faut refroidir les génératrices lorsqu'elles travaillent. Sur la plupart des éoliennes, on assure ce refroidissement en enrobant la génératrice dans un conduit et en installant dans celui-ci un grand ventilateur qui refroidit l'air. Il y a cependant un petit nombre de constructeurs d'éoliennes qui à la place utilisent des génératrices refroidies par eau.
 

 

 

 


 

Sources :
- Site de Nordex
-Danish wind industry association
- forum.futura-sciences.com
 

Impact environemmentaux: recyclage, creation, par rapport au gain de ce qu’elle


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 MessagePosté le: Jeu 21 Jan - 17:44 (2010)    Sujet du message: Publicité

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 Pierre
 
  
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 Inscrit le: 09 Déc 2009
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 MessagePosté le: Jeu 21 Jan - 17:48 (2010)    Sujet du message: tpe eoliennes Répondre en citant

Limites
La production d'énergie a lieu en fonction du vent et non de la demande. Dans le cas d'installations autonomes, il est donc nécessaire de recourir au stockage ou bien de doubler l'installation par un groupe électrogène Diesel, ce qui augmente le coût. Dans le cas d'un couplage au réseau, les éoliennes ne pourront jamais représenter qu'un pourcentage réduit des centrales classiques car ce sont celles-ci qui assurent la stabilité de la fréquence.
Avantages
Outre les nombreux avantages qu'elle partage avec les autres sources renouvelables d'énergie, l'exploitation de l'énergie du vent présente une série d'avantages propres.
  • L'énergie éolienne est modulable et peut être parfaitement adaptée au capital disponible ainsi qu'aux besoins en énergie. Il n'y a donc pas d'investissements superflus. Cette modularité permet aussi de maintenir en fonctionnement la plus grande partie de l'installation lorsqu'une pièce est défectueuse.
  • Les frais de fonctionnement sont assez limités étant donné le haut niveau de fiabilité et la relative simplicité des technologies mises en oeuvre.
  • Le prix de revient d'une éolienne va probablement diminuer dans les années à venir suite aux économies d'échelle qui pourront être réalisées sur leur fabrication.
  • Techniquement au point, les éoliennes sont rentables dans les régions bien ventées.
  • La période de haute productivité, située souvent en hiver où les vents sont plus forts, correspond à la période de l'année où la demande d'énergie est la plus importante.

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.
Solutions
Lorsque la puissance fournie par l'éolienne est inférieure à la capacité de la charge du réseau, le problème se résoud 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.
Impacts des fermes éoliennes sur l'environnement
  • 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.
  • conclusions

Les effets sur le paysage
Le problème environnemental le plus controversé associé aux fermes d'éoliennes est leur intrusion visuelle et l'impact qu'elles ont sur le paysage. Les turbines sont une présence verticale frappante dans le paysage, particulièrement dans les régions rurales où le potentiel éolien est souvent le plus grand. Evaluer cet impact est souvent difficile car il s'agit d'une opinion subjective. Le design des fermes éoliennes et le type de paysages dans lesquels elles s'insèrent ont évidemment une grande importance. Il faut aussi savoir que la perception des gens d'une ferme éolienne n'est pas seulement déterminée par les paramètres physiques d'un paysage, mais aussi par leur attitude vis-à-vis des problèmes de pollution. Certaines études en Europe et aux USA ont montré que chez la majorité des gens, la perception de l'énergie éolienne comme une source d'énergie propre et renouvelable dépasse l'impact visuel. Il reste que le design des fermes éoliennes doit être conçu de façon à réduire cet impact visuel. Les facteurs à prendre en compte sont le choix soigneux de l'emplacement, la couleur et la forme.
Le bruit
Le bruit émis par les turbines éoliennes peut être classé en deux catégories que l'oreille humaine perçoit différemment. Premièrement, il y a le bruit produit par le passage de l'air dans l'hélice et deuxièmement, il y a le bruit produit par la rotation des éléments mécaniques tels les boîtes d'engrenages et génératrices. Le premier bruit est un sifflement rythmique. Bien que ce soit généralement le plus bruyant des deux catégories de bruit quand on le mesure en décibels, c'est le moins perturbant et le moins sujet aux plaintes, à l'opposé du grincement aigu de la seconde source. L'impact du bruit est facilement minimisé par un choix judicieux de l'emplacement de l'éolienne par rapport aux caractéristiques topographiques et à la proximité d'habitations. L'expérience montre que le bruit n'est pas excessif lorsque les habitations sont situées à plus de 300 mètres de la turbine la plus proche. Certaines normes ont été adoptées par plusieurs pays tels que la Suède :
  • 45 dB (A) maximum au niveau d'une maison isolée dans la campagne.
  • 40 dB (A) maximum au niveau d'une zone urbaine.
  • 45 dB (A) maximum à une distance de 400 mètres de la turbine.

La perturbation de l'écologie locale des sites
Les fermes d'éoliennes peuvent avoir deux effets sur les oiseaux: la collision directe et la réduction de leur habitat. Des études hollandaises, danoises, suédoises, américaines et anglaises estiment que les possibilités de collision le jour, avec une bonne visibilité, sont négligeables. Il faut néanmoins éviter que les fermes soient situées sur les couloirs de migration et prendre des précautions dans des régions où vivent des espèces d'oiseaux menacées. Les perturbations sur l'habitat des animaux n'ont pas encore été suffisamment étudiées et les études disponibles à l'heure actuelle ne permettent pas de tirer des conclusions. Ce problème ne concerne pas seulement la vie des oiseaux, mais plus globalement celle de la faune et de la flore en général. La fragmentation du territoire peut aussi avoir une influence sur le système hydrologique. L'importance écologique de chaque site doit donc être prise en compte lors de l'installation de fermes éoliennes; les gouvernements danois, néerlandais et grec, pour l'instant, essaient de choisir les sites en dehors des régions écologiquement sensibles. Dans d'autres pays, une étude de l'écologie et de l'ornithologie des sites est exigée préalablement à tout développement de ferme d'éoliennes. Cela suppose qu'il faille identifier les régions importantes d'un point de vue environnemental et établir les prescriptions pour réduire l'impact sur ces régions.
Vestiges archéologiques
La nécessité de vents forts et ininterrompus a pour effet que les fermes d'éoliennes sont souvent situées dans des régions rurales qui n'ont pas connu de développement important dans un passé récent. Dès lors, ces régions sont susceptibles de comporter des vestiges archéologiques préservés qui, quoique n'ayant pas de valeur environnementale en eux-mêmes, font partie de l'héritage culturel et de l'environnement humain. Les conflits peuvent généralement être évités en examinant attentivement les régions envisagées afin de ne pas positionner les turbines sur des vestiges. Dans le cas où la préservation physique du site n'est vraiment pas possible, l'excavation archéologique peut être une alternative acceptable.
Interférences électromagnétiques
Toute structure importante, particulièrement si elle contient une quantité substantielle de métal, est une cause potentielle d'interférences pour les signaux électromagnétiques tels que ceux des émissions radio et TV et des communications hertziennes.
La rotation de l'hélice de l'éolienne peut aussi causer des problèmes particuliers, parce qu'elle crée des signaux parasites intermittents qui interfèrent avec les trajectoires originales de transmission. Cependant, dans la plupart des cas, si des interférences électromagnétiques apparaissent, il existe des solutions bon marché et efficaces comme par exemple l'installation d'un récepteur ou transmetteur pour renforcer le signal original.
Sécurité
Les pales d'une hélice tournant entre 35 et 45 tours/minute, peuvent facilement être perçues comme une structure dangereuse. En fait, il y a peu de chance d'avoir des dégâts ou des morts suite à une cassure ou une fragmentation de l'hélice. Les dangers peuvent aussi être minimisés en éloignant les turbines des zones résidentielles, mais surtout en effectuant des contrôles sérieux lors de la construction des turbines. Jusqu'à présent, ils ont prouvé leur efficacité dans la prévention des accidents.
Conclusions
Les effets des fermes éoliennes sur l'environnement local doivent être considérés très attentivement lors de leur planification. En général, les impacts peuvent être surmontés par des solutions techniques et esthétiques, qui n'affectent pas la viabilité des projets. Cependant, il est important de faire des évaluations pour prévoir les impacts potentiels, afin que des mesures appropriées puissent être prises quand c'est nécessaire. A une échelle régionale, des études mettant en relation les potentialités du vent avec les valeurs environnementales permettent d'identifier les régions privilégiées pour l'implantation de fermes éoliennes et celles où leur développement serait préjudiciable pour l'environnement.
L'analyse des sites est généralement entreprise sous la forme d'une évaluation de l'impact environnemental. La proposition est alors adaptée afin de minimiser les dommages environnementaux, ou rejetée si l'adaptation est insuffisante. De cette façon, le développement des fermes d'aérogénérateurs peut être favorisé tout en réduisant leurs nuisances; ainsi l'énergie éolienne restera une énergie douce.
 


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