RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIREMINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

ETUDE DE L’EFFET DE L’INTEGRATION D’UN PARC

EOLIEN DANS LE RESEAU ALGERIEN

................................... ...................................

UNIVERSITE BADJI MOKHTAR – ANNABAFACULTÉ DES SCIENCES DE L’INGÉNIEUR

DÉPARTEMENT D’ÉLECTROTECHNIQUE

PLAN DE TRAVAIL

Introduction

Généralités sur les énergies renouvelables

Description d’une éolienne

Energie du vent

Transformation de l’énergie éolienne en énergie mécanique

Branchement d’une éolienne au réseau

Impact socio-économique de l’énergie éolienne

Conclusion

IntroductionL’énergie électrique est un élément crucial pour tout développement socio-économique. Elle est devenue dans la vie quotidienne des populations, notamment dans les pays développés, une forme d’énergie dont on ne peut se passer

Donc la production de l’énergie électrique est importante et il est intéressant de pouvoir trouver des solutions afin d’en produire toujours plus mais de manière plus propre et plus durable

L’utilisation de combustibles carbonés comme base de la production représente, du point de vue climatique, un danger aux risques importants. De plus, la consommation d’énergie, toujours en augmentation, fait réduire les réserves en énergies fossiles

Face à ce dilemme, il s’avère nécessaire de faire appel à des sources d’énergie nouvelles qui seront sans conséquence pour l’homme et l’environnement

Dans le cas de notre pays, on est tournées vers le solaire vu le potentiel du pays en la matière, néanmoins, un programme de développement des énergies nouvelles non polluantes sous toute leur forme a été adopté

Actuellement, plusieurs pays sont déjà résolument tournés vers l'énergie éolienne. C'est le cas de l'Allemagne, leader mondial avec une puissance éolienne installée de 12 GW

C’est dans cet objectif que vient s’insérer notre étude qui porte sur cette énergie renouvelable en développement en ce

moment, qui est l’énergie éolienne

Généralités sur

les énergies renouvelables

On considère qu’une énergie est renouvelable, toute source d'énergie

qui se renouvelle assez rapidement pour être considérée comme

inépuisable.

On trouve comme énergies renouvelables:

Énergie solaire 

Énergie hydroélectrique

Énergie marémotrice

La biomasse

Énergie géothermique

Énergie éolienne

Énergie solaire 

Lumière 

Panneau Photovoltaïque

Electricité

Énergie hydroélectrique

ElectricitéCentrale

hydraulique

Eau

Énergie marémotrice

Electricité

Marée hydrolienne

La biomasse

Electricité

Biomasse

Usine biomasse

Énergie géothermique

Electricitéla chaleur stockée dans le sous-sol

Centrale géothermique

Énergie éolienne

Electricité

Eolienne

Vent

Description d’une

éolienne

Un aérogénérateur, plus communément appelé éolienne, est un

dispositif qui transforme une partie de l'énergie cinétique du vent en

énergie mécanique puis en énergie électrique par l'intermédiaire d'une

génératrice

Développement de l’énergie éolienne

L’énergie éolienne a connu un développement depuis 1995 avec une

progression moyenne de 20 % par an dans le monde.

Le coût de production du kilowattheure a progressivement baissé pour

atteindre un niveau compétitif par rapport aux autres sources d’énergie.

Dans l’ensemble de la puissance installée, l’Europe est le leader,

suivi par l’Amérique du Nord.

Différents types d’éoliennes

Eoliennes à axe

vertical

Eoliennes à axe

horizontal

Eoliennes à axe

vertical

Eoliennes à traînée

différentielle(Rotor Savonius)

Variation cyclique

d’incidence(Rotor Darrieus)

les éoliennes à axe

horizontal

Eolienne amont(face au vent)

Eolienne aval(derrière le

vent)

Architecture d’une éolienne à axe horizontal

Le rotor

La tour

La nacelle

Le Moyeu

Pale

Avantages par rapport aux éoliennes à axe verticale

Les éoliennes à axe horizontal sont les plus employées car :

Leur rendement aérodynamique est supérieur à celui des éoliennes à

axe vertical

L’emprise au sol qui est très faible par rapport aux éoliennes à axe

vertical

Elles ont un coût moins important

Eolienne amont(face au vent)

Eolienne aval(derrière le vent)

Exige l’utilisation des pales rigides pour éviter tout risque de collision avec la tour

Autorise l’utilisation de rotors plus flexibles

L’écoulement de l’air sur les pales est peu perturbé par la présence de la tour

Auto-orientable dans le lit du vent

Doit généralement être orientée à l’aide d’un dispositif spécifique

L’air est plus ou moins perturbé par la présence de la tour

On constate néanmoins que la majeure partie

des éoliennes de grande puissance adoptent la

configuration « amont »

Type d'installation

On retrouve l’éolienne dite individuelle installée en site isolé.

L'éolienne n'est pas raccordée au réseau, elle n'est pas reliée à

d'autres éoliennes.

Sinon les éoliennes sont regroupées sous forme de fermes

éoliennes (parc éolien), raccordées au réseau.

Les installations peuvent être réalisées sur terre ou de plus en plus en mer avec les fermes éoliennes offshores où la

présence du vent est plus régulière

Energie du

vent

Tout comme l'énergie qui se trouve dans les combustibles fossiles,

les énergies renouvelables sont dérivées de l'énergie solaire.

Environ un à deux pour cent de l'énergie émise par le soleil est

convertie en énergie éolienne.

L’énergie cinétique contenue dans le vent est transformée en partie

en énergie mécanique par la turbine, puis en énergie électrique par

le générateur.

Causes du vent

Le vent est un sous-produit de l’énergie primaire provenant du soleil.

Le soleil chauffe la Terre de façon inégale.

Des endroits plus chauds que des autres.

Dans les endroits chauds, la chaleur est transférée de la surface à l’air.

Donc l’air chaud monte, et de l’air plus froid et plus dense prend très

vite sa place, ce qui produit un courant.

C’est ce processus qui crée le vent

L'énergie du ventL’énergie du vent est l’énergie cinétique de l’air qui traverse une certaine surface S.

Une éolienne capte l'énergie cinétique du vent et la convertit en un couple qui fait tourner les pales du rotor.

Trois facteurs déterminent l'énergie du vent balayée par le rotor :

la densité de l'air

surface balayée par le rotor

la vitesse du vent

Transformation de l’énergie éolienne

en énergie mécanique

L’énergie du vent est transformée en énergie mécanique par le rotor

de l’éolienne

Le rotor de l’éolienne est composé des pales

Description d’un rotor d’une éolienneLes éoliennes classiquement utilisées actuellement pour la production

électrique sont à axe horizontal et avec une hélice à trois pales à pas variable

permettant de s’adapter aux différentes conditions de vent.

Présentation d’une pale

Présentation d’une pale

Extrados

Intrados

L : Longueur de la pale

C : Corde de la palle

Vent

Rotation

Vent

Sens de déplacement

Vent

Vent relatif

Couple

Bilan des forces sur une pale

Du fait de la rotation de l’hélice, la vitesse circonférentielle de la pale est

différente selon que l’on se place au centre ou à l’extrémité de l’hélice.

Le profil de la pale va en s’affinant vers son extrémité. Ces deux

caractéristiques permettent à la pale de fonctionner dans des conditions

aérodynamiques semblables sur toute sa longueur.

Energie cinétique du vent – conversion en énergie mécanique

Puissance du vent :

La masse d'air traversant le rotor est :

La puissance cinétique disponible sur la turbine est :

Si on représente la caractéristique correspondante à l'équation , on

s'aperçoit que ce ratio (coefficient de puissance Cp) présente un max de

16/27 soit 0,59 (Limite de Betz).

La relation de la puissance mécanique :

permet d'établir un ensemble de caractéristiques donnant la puissance disponible en fonction de la vitesse de rotation du générateur pour différentes vitesses de vent.

Systèmes de régulation de la vitesse de rotation de l’éolienne

Système à décrochage aérodynamique "stall"

Système d'orientation des pales "pitch"

Branchement d’une éolienne au

réseau

Conversion mécanique – électrique

La génératrice est l'élément d'une éolienne qui transforme l'énergie

mécanique en énergie électrique.

Génératrices synchrones ou asynchrones

machines asynchrones

Machine asynchrone à

cage d'écureuil

La machine asynchrone à

double alimentation (MADA) avec rotor

bobiné

Machines synchrones

(Alternateurs)

Machines asynchrones (Machines à induction)

Systèmes utilisant la machine asynchrone à cage d'écureuil

MAS à cage directement reliée au réseau

MAS à cage reliée au réseau par redresseur-onduleur

Machine asynchrone à double alimentation type "brushless"

Systèmes utilisant la machine asynchrone à double alimentation avec rotor bobiné

La MADA avec rotor bobiné présente un stator triphasé identique à celui

des machines asynchrones classiques et un rotor contenant également un

bobinage triphasé .

Modélisation de la machine asynchrone à rotor bobinéNous parton des équations générales de la machine asynchrone à rotor bobiné qui

s’écrivent, dans un repère triphasé, de la manière suivante :

[Vs] et [Vr] les tensions statoriques et rotoriques de la machine.

[Is] et [Ir] les courants statoriques et rotoriques de la machine.

[φs] et [φr] les flux statoriques et rotoriques de la machine.

[Rs] et [Rr] les résistances des enroulements statoriques et rotoriques de la machine.

Nous allons maintenant décrire la modélisation dans un repère tournant diphasé (d, q)

en utilisant les transformations de Park et de Concordia permettant la conservation

des puissances.

Vds, Vqs, Vdr et Vqr les tensions statoriques et rotoriques directs et en quadrature du système diphasé.

Ids, Iqs, Idr et Iqr les courants statoriques et rotoriques directs et en quadrature du système diphasé. θs l’angle électrique du champ tournant statorique. θr l’angle électrique du champ tournant par rapport au rotor. φds, φqs, φdr et φqr les flux statoriques et rotoriques directs et en quadrature du système diphasé.

Structure de Scherbius avec convertisseurs MLI

Les interrupteurs utilisés ici sont des transistors IGBT

Fréquence de commutation élevée

Permet de limiter les perturbations harmoniques

OBJECTIF !L’objectif de notre étude est de voir l’effet de l’implantation d’un parc éolien dans le

réseau Algérien, donc on a choisi la région de Souk-Ahras comme site

d’implantation.

Donc on a récupéré la liste des différentes vitesses du vent de la région de Souk-

Ahras, donnée par la station météorologique, mesurées durant l’année 2008.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

2

4

6

8

10

12

mois

v (m/s)

Jan Fév Mar Avr Mai Jui Juil Aoû Sep Oct Nov Déc

Les vitesses max mensuelles de l’année 2008

Et on a travaillé avec les vitesses du mois de Janvier 2008, dont les vitesses

moyennes journalières sont représenté dans ce graphe.

V (m/s)

Jour0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10Vitesse du vent du mois de Janvier

1

2 3

4

5

6

Ces éoliennes utilisent le système de Scherbius avec convertisseurs MLI Le parc éolien qu’on va

installer, est composé

de 6 éoliennes de 1,5

MW chacune. Moins polluant

PROBLEMATIQUE

Néanmoins, la nouvelle technologie adoptée dans les éoliennes à vitesse

variable sont à base de convertisseur avec des transistors IGBT commandés en

MLI (Structure de Scherbius), permettent de limiter le mieux possible la

production des harmoniques.

L’utilisation des interfaces d’électronique de puissance dans les systèmes

éoliens génère des perturbations harmoniques au réseau.

On veut savoir

Est-ce que le raccordement de ce système sans l’utilisation d’un moyen

de filtrage n’affecte pas le réseau électrique?

Parc éolien Charge

Jeu de barre BT

Jeu de barre MT

Le Taux de Distorsion Harmonique (THD)

La puissance active et réactive au jeu de barre BT 

La puissance active et réactive au jeu de barre MT

Les tensions efficaces au jeu de barre BT

Les tensions efficaces au jeu de barre MT

Les courants efficaces au jeu de barre BT

Les courants efficaces au jeu de barre MT

0 5 10 15 20 25 30 350

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14THD

Sans filtre

0 5 10 15 20 25 30 350

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025THD

Avec filtre

Le Taux de Distorsion Harmonique

Sans filtre Avec filtre

La puissance active au jeu de barre BT

0 5 10 15 20 25 30 350

1

2

3

4

5

6P B 575

0 5 10 15 20 25 30 350

1

2

3

4

5

6P B 575

Sans filtre Avec filtre

La puissance réactive au jeu de barre BT 

0 5 10 15 20 25 30 35-0.14

-0.12

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0Q B 575

0 5 10 15 20 25 30 35-0.12

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0Q B 575

Sans filtre Avec filtre

La puissance active au jeu de barre MT 

0 5 10 15 20 25 30 35-5

-4

-3

-2

-1

0

1P B 25

0 5 10 15 20 25 30 35-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1P B 25

Sans filtre Avec filtre

La puissance réactive au jeu de barre MT

0 5 10 15 20 25 30 35-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2Q B 25

0 5 10 15 20 25 30 35-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0Q B 25

Sans filtre Avec filtre

Les tensions efficaces au jeu de barre BT

0 5 10 15 20 25 30 350

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8Va eff B 575

0 5 10 15 20 25 30 350

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8Va eff B 575

Sans filtre Avec filtre

Les tensions efficaces au jeu de barre MT

0 5 10 15 20 25 30 350.706

0.707

0.708

0.709

0.71

0.711

0.712

0.713Va eff B 25

0 5 10 15 20 25 30 350.7065

0.707

0.7075

0.708

0.7085

0.709Va eff B 25

Sans filtre Avec filtre

Les courants efficaces au jeu de barre BT

0 5 10 15 20 25 30 350

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45Ia eff B 575

0 5 10 15 20 25 30 350

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45Ia eff B 575

Sans filtre Avec filtre

Les courants efficaces au jeu de barre MT

0 5 10 15 20 25 30 350

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4Ia eff B 25

0 5 10 15 20 25 30 350

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4Ia eff B 25

Donc on constate que malgré la légère dégradation des signaux, on préfère l’utilisation d’un filtre, pour permettre à l’éolienne de produire une énergie électrique de meilleure qualité.

Impact socio-économique des

éoliennes

L’implantation d’un nouveau parc éolien, que se soit sur terre ou sur mer, doit être munie par des études préliminaires très approfondies :

Impact sur le milieu naturel

Le bruit et les émissions sonores

L’intégration paysagère

la sécurité des installations

ConclusionLe développement de l’éolien s’inscrit dans le cadre de la promotion des énergies renouvelables, face auxdangers que représente à l’échelle planétaire le recours massif aux énergies fossiles.

D’autre part l’énergie éolienne bénéficie d’une façon générale d’une bonne image auprès du public malgré les oppositions locales qui naissent fréquemment autour des projets pour des motifs environnementaux.

En fait, l’éolien industriel qui aujourd’hui ne s’impose toujours pas économiquement, voit son développement lié aux politiques plus ou moins incitatrices propres à chaque pays, ce qui conduit à des situations très contrastées d’un pays à un autre.

de Votre

Attenti

on

Merci