Electricité
Les éoliennes industrielles
Asynchrone

Les éoliennes industrielles sont de plusieurs types; nous décrivons les différents types.
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Types de générateurs utilisés dans les éoliennes industrielles

Comme la vitesse du vent peut varier très fortement, on n'utilise pas de générateurs purement synchrones (synchronisés mécaniquement au réseau). Les types qui sont utilisés sont les suivants:
La machine asynchrone (MAS)
Elle est basée sur le principe du moteur asynchrone. Elle est utilisée près du rivage, où le vent est assez constant. La machine doit fonctionner en mode hypersynchrone (elle doit tourner plus vite que sa vitesse synchrone), si le vent est trop faible, elle est déconnectée du réseau.

Avantages:

  • C'est un système simple et relativement bon marché
  • Bonne expérience dans certaines centrales hydro-électriques où le fonctionnement asynchrone permet d'absorber les coups de butoir de l'eau
Inconvénients
  • Nécessité d'utiliser un multiplicateur, la machine asynchrone ne permet pas un nombre de pôles élevés.
  • Rendement moindre (pertes mécaniques dans le multiplicateur, pertes dues au glissement,...)
  • La qualité de l'énergie fournie est moins bonne, il est difficile de controler le facteur de puissance
  • La plage de fonctionnement où l'éolienne peut fournir du courant est très limitée.
  • La machine doit absorber de la puissance réactive pour créer son champ magnétique: elle nécessite une connection puissante au réseau électrique et/ou un banc de condensateurs.

La machine synchrone (MS)
Il s'agit d'un générateur classique, mais qui est conçu pour fonctionner en mode asynchrone. La tension produite est redressée et alimente un convertisseur qui est relié au secteur. Le générateur dispose soit d'aimants permanents (MSAP), soit la roue polaire a un excitation externe comme un générateur classique.

Avantages:

  • Le système permet une variation plus importante de la vitesse de rotation.
  • Le rendement est plus élevé qu'avec une machine asynchrone
  • Un multiplicateur n'est souvent pas nécessaire
  • Très bonne fiabilité
Inconvénients
  • Dans le cas de machines à aimants permanents, il faut un vent minimum pour mettre l'hélice en mouvement
  • Le prix des aimants a fortement augmenté ces dernières années
  • Nécessite un convertisseur pour adapter la fréquence variable à la fréqunce fixe du réseau. Toute la puissance disponible doit passer par le convertisseur, ce qui représente un surcout important.

La machine asynchrone à double alimentation(MADA)
C'est le système le plus utilisé pour les puissances élevées. Il s'agit d'un générateur synchrone, mais l'excitation est produite par un convertisseur alternatif qui peut suppléer quand la vitesse de rotation est trop basse. Le stator est relié directement au réseau de distribution.

Avantages:

  • C'est le système avec le meilleur rendement
  • Le convertisseur n'est parcouru que par une faible puissance et peut donc être plus petit
  • Il peut fonctionner avec une vitesse de vent très variable
Inconvénients
  • Le système de gestion est le plus compliqué et n'est interessant que pour les puissances élevées.
  • Entretien plus important que le système précédent.
La machine asynchrone à double alimentation est décrite ici.

Phases de fonctionnement

  1. Phase sans production
    La vitesse de rotation est trop faible pour que la machine produise de l'énergie. Le générateur tourne en roue libre. Dans le cas d'une machine asynchrone, la machine est totalement déconnectée du réseau. C'est également le cas avec les machines synchrones et les MADA, mais ici l'excitation est également coupée. L'angle de calage des pales est minimum.

  2. Début d'extraction de puissance
    Pour les machines asynchrones, la vitesse de rotation doit dépasser la vitesse de synchronisme, pour les autres types, il faut une vitesse qui atteigne plus de 40% de la vitesse de synchronisme. La vitesse de rotation est variable, la puissance produite est variable (et faible), le pas de l'hélice reste au mimimum pour profiter au mieux de la force du vent.

    Le passage à la phase 2 se fait quand la puissance générée dépasse la puissance nécessaire pour faire fonctionner l'éolienne (excitation et pertes).

  3. Phase à vitesse presque constante
    On tente de maintenir la vitesse de rotation constante pour réduire les contraintes mécaniques et obtenir le maximum de puissance. Le pas de l'hélice augmente pour stabiliser la vitesse de rotation et garder le rendement le plus élevé.

    Le passage à la phase 3 se remarque par l'augmentation du pas de l'hélice, le but est d'extraire le plus de puissance de la force du vent.

  4. Phase à puissance constante
    La puissance nominale de l'éolienne est atteinte. Le pas de l'hélice augmente encore pour éviter de dépasser les contraintes de l'éolienne (aussi bien mécaniques qu'électroniques).

    L'éolienne passe à la phase 4 quand la puissance nominale est atteinte, le pas de l'hélice augmente pour limiter la puissance.

  5. Phase de protection
    La vitesse du vent est si élevé qu'un fonctionnement normal n'est plus possible. Les pales sont mises en drapeau pour capter le moins possible de vent. L'éolienne est decouplée du réseau. Si nécessaire un frein mécanique ou électrique est appliqué pour réduire la vitesse de rotation.

    Le passage à la phase 5 est commandé quand un fonctionnement fiable ne peut plus être assuré. La phase 5 reste enclenchée tant que la vitesse du vent est trop élevée.



Les courbes sont valables pour les générateurs synchrones et asynchrones à double alimentation. La plage de fonctionnement d'une machine asynchrone est plus limitée.

Les autres types de générateurs ne sont pas utilisés dans les éoliennes industrielles.
Les éoliennes domestiques pour créer un micro-réseau ou pour charger des batteries sont décrites ici.

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