Energies renouvelables (introduction)

UN article plus théorique où on passe toutes les énergies renouvelables en revue. On indique que la plupart des sources renouvelables (panneaux solaires et éoliennes) ne sont pas fiables: il faut en plus des centrales classiques pour prendre le relais la nuit et quand il n'y a pas de vent.

Consultez également la page d'index types de générateurs où sont repris d'autres générateurs qui peuvent être utilisés avec la force de l'eau ou la force du vent.

Les énergies renouvelables (vent et solaire) ne permettent pas d'éliminer les centrales classiques, mais au contraire les rendent beaucoup moins rentables (quand on prend en compte l'investissement d'une centrale), car elles ne doivent fonctionner que quand la production alternative est insuffisante, donc quelques heures par jour, alors que l'investissement n'est rentable que si la centrale fonctionne 24h/24.

Energies alternatives

Les énergies alternatives, ce ne sont pas uniquement l'éolien et le photo-voltaïque: on parle d'énergie atomique, la cogénération avec moteur Stirling, la cognération avec moteur thermique, les usines marémotrices et les centrales hydro-électriques.

Les centrales hydro-électriques

Il y a plusieurs centrales hydro-électriques sur la Meuse, la Sambre et d'autres rivières. Elles utilisent la dénivélation causée par l'écluse. La puissance fournie dépend de la dénivélation et du débit. Certaines rivières ont un barrage pour retenir l'eau et on peut utiliser la dénivelation ainsi produite pour produire de l'électricité si le débit est suffisant pour amortir l'investissement. Certains canaux peuvent également avoir une centrale hydro-électrique près de l'écluse.

Première image: Les centrales hydro-électriques plus anciennes avaient des générateurs avec axe vertical, maintenant on place la turbine et le générateur dans un bulbe dans le tuyau d'eau. Seconde image image: La centrale hydro-électrique des Grosses Battes est située à l'embouchure de l'Ourthe à Liège. La centrale produit une puissance de 1.44MW, assez pour alimenter un peu plus de mille ménages. Pour alimenter toute la ville de Liège, il aurait fallu 1000 centrales identiques... ou une dénivélation de 1000 mètres.

Actuellement, la ville de Liège est alimentée par une tranche de la centrale nucléaire de Tihange (qui en compte trois).

La cogénération (chaudières à moteur stirling)

La cogénération, c'est quand on utilise l'énergie restante pour produire de l'électricité ou de la chaleur. Les chaudières à moteur stirling sont utilisées pour produire de la chaleur, mais en fait la production principale est de l'électricité, et la chaleur est en fait les "pertes" de fonctionnement.

Un exemple de calcul d'une installation privée de cogénération avec PV (panneaux photo-voltaïques) pour pouvoir se passer du réseau électrique. Finalement on s'est rendu compte qu'il était plus interessant de revendre le surplus de production (quitte à payer les taxes du raccordement).

Stockage de l'énergie électrique

A droite: stockage de l'énergie grace à de lourds wagonnets qui sont poussés vers la colline en cas de surproduction et qui redescendent vers la vallée quand il y a un manque.

Le stockage de l'énergie électrique est devenu d eplus en plus important (et même nécessaire dans un futur proche).

Les générateurs asynchrones

On utilise le plus souvent les générateurs asynchrones dans les éoliennes: voici la description de quelques systèmes: la dynamo (qui n'est plus utilisée), le générateur hypersynchrone (machine asynchrone) et la machine asynchrone à double alimentation (MADA)

Les machines à aimants permanents

Les machines à aimants permanents sont utilisées pour faire des moteurs extrèmement compacts (utilisés entre autre dans les voitures électriques), mais également des générateurs utilisés dans des éoliennes et des turbines hydrauliques. Pour les petites puissances (installations domestiques) c'est la simplicité du système qui joue, tandis que pour les moyennes puissances (éoliennes industrielles) c'est le rendement qui compte.

L'alternateur de voiture

La dynamo d'une voiture est en fait un alternateur à redresseur intégré. L'alternateur peut être utilisé pour recharger des batteries (éventuellement avec des panneaux solaires) dans les petites installations qui n'ont pas de connection au réseau électrique.

Tous les types de générateurs

Tous les types de générateurs passent en revue, du plus simple pour une petite éolienne avec un rayon d'hélice d'une dixaine de cm jusqu'au gros générateurs. Les générateurs dont la vitesse ne doit pas être synchronisée au réseau peuvent être utilisés avec des énergies renouvelables.

Micro-réseaux

Un système plus grand que le petit réseau domestique avec une petite éolienne qui recharge des batteries, c'est la création d'un micro-réseau autonome où on utilise un gridformer où se connectent des panneaux solaires, des éoliennes et éventuellement un groupe électrogène.

Les éoliennes industrielles

A droite: image radar des parcs à éolienne en mer du Nord. Le tracé de la cote belge est visible en jaune et on voit les éoliennes en face de Zeebruges. L'électricité arrive à terre à Ostende (pour les éoliennes les plus anciennes) et à Zeebruges (Stevin) pour les plus récentes.

Les éoliennes industrielles utilisent quelques types de générateurs: les machines asynchrones (MAS) sont de moins en moins utilisées car le rendement général est moindre. Les avancées technologiques font préférer des générateurs de conception plus avancées: les générateurs synchrones qui utilisent un convertisseur pour adapter la fréquence variable du générateur à la fréquence fixe du réseau et les machines asynchrones à double alimentation qui sont utilisées dans les très grandes éoliennes.

Index centrales nucléaires

Quelques pages pour vous expliquer tout ce que vous devez savoir sur les centrales nucléaires. Il s'agit de centrales thermiques qui utilisent des matières fissibles comme carburant (au lieu du charbon, du fuel, du gaz ou de la biomasse).

C'est une énergie "alternative" en ce sens qu'elle ne contribue pas à l'augmentation du taux de CO2 dans l'atmosphère (les écolos ne vont pas être contents que je classe l'énergie nucléaire comme énergie alternative, et pourtant c'est une alternative valable dans la transition vers un monde qui consomme moins d'hydrocarbures).

C'est en plus une énergie renouvelable, car certains types de réacteurs (surgénérateurs) permettent de produire de la matière fissible à partir de matière fertile (non radioactive). Ce type de réacteur produit plus de carburant nucléaire qu'il n'en consomme.

Question-réponse concernant les turbines hydrauliques

Message:
Bonjour Je souhaite utiliser une génératrice synchrone pour produire de l’électricité (25KVA) sur une turbine hydraulique qui tourne à 200tr/mn.
Je veux faire un branchement direct, sans multiplicateur afin de gagner en rendement et fiabilité, bruit.... Si je fais tourner une génératrice prévue pour 1500tr/mn, à 200tr/mn, la tension de sortie sera divisée par 7,5?, puis-je régler l’excitation pour sortir 25KVA à cette tension très basse si je prend une génératrice de 180KVA (7,5*25). merci

Non seulement la tension sera plus faible, mais la fréquence ne sera pas correcte. La fréquence sera de 6Hz, ce qui est fort peu...

Il existe des génératrices spécialement conçues pour ces applications avec des pôles plus nombreux, mais ce sont des générateur de type PMG (permanent magnet generator). De toute façon la fréquence et la tension d'un tel générateur ne sont pas très stables: la tension est redressée et envoyée à un onduleur qui va produire la bonne tension et la fréquence correcte.

La solution avec une génératrice 1500rpm ne tient pas la route, même en envoyant le courant à un onduleur. La fréquence est beaucoup trop basse pour pouvoir utiliser un onduleur. Il va s'arreter de fonctionner 6 fois par seconde...

Merci pour ce retour. Le redressement du triphasé donnerai une tension mini de 65v. Pourquoi l'onduleur ne fonctionnerait il pas?
Mais la génératrice fonctionnerait-elle sans problème autre que la surchauffe à 6 Htz. Quel rendement à cette fréquence ?

L'onduleur ne fonctionnerait pas parce qu'il reçoit une fréquence de 6Hz, donc avec une tension qui augmente et diminue constamment. Les condensateurs de lissage sont conçus pour du 50Hz et peuvent absorber les variations de la tension redressée, mais ne peuvent pas lisser une fréquence beaucoup plus basse.

Le rendement de la génératrice sera mauvais, il faut injecter plus de puissance dans la roue polaire pour avoir une faible tension. C'est d'ailleurs pour cela qu'on utilise encore toujours une fréquence des générateurs de 400Hz dans l'aviation: il a un rendement massique très élevé, ce qui est important dans l'aviation.

Si vous volez utiliser une génératrice 1500rpm il faut un onduleur qui puisse fonctionner à une tension non standardisée et utiliser un banc de condensateurs supplémentaires pour absorber les variations de la tension redressée.

Le plus simple est d'utiliser un générateur conçu pour ce type d'application (générateur pour éolienne ou turbine hydraulique).