Éolienne à axe vertical

Introduction

Projet éolien : Dans le cadre de notre formation d’ingénieur, nous devons réaliser un projet de fin d’études afin de pouvoir gérer les différentes parties d’un véritable projet en entreprise, à savoir l’analyse, la modélisation, la conception et la gestion des coûts. De nos jours, l’avenir énergétique dépend en majeur partie des énergies renouvelables. C’est pourquoi nous nous sommes orientés vers le projet consistant à rendre fonctionnelle une éolienne à axe vertical de type Savonius. C’est-à-dire, lui permettre d’alimenter des appareils de faible puissance, par le biais d’une batterie.

Présentation du projet

Objectifs

L’objectif principal du projet est d’équiper l’éolienne des éléments permettant la conversion de l’énergie mécanique en énergie électrique dans le but de la rendre fonctionnelle.

Matériel à disposition

• éolienne à axe vertical ( 2 pales) couplée à une MCC

L’éolienne de Savonius

L’éolienne Savonius

Actuellement, des champs d’éoliennes (onshore et offshore) à axe horizontal se développent partout dans le monde. Les puissances mises en jeu sont de l’ordre du méga watt. Il existe aussi les éoliennes à axe vertical, en l’occurrence l’éolienne Savonius, qui présente de nombreuses qualités mais pour des échelles de production d’énergie plus modestes.

Elles sont en général méconnues alors qu’elles sont peu encombrantes, peu bruyantes et n’ont pas de contraintes sur la direction du vent contrairement aux éoliennes à axe horizontal. De plus, elles démarrent à faible vitesse de vent et ont un couple élevé au démarrage.

Ses inconvénients majeurs sont son faible rendement, sa masse et son couple sinusoïdal, qui plus est, le coefficient de puissance est très difficile à caractériser.

Sur l’image ci-dessus, on s’aperçoit que le Cp est compris entre 0 et 1.5 pour les éoliennes Savonius.

Solutions envisagées

Solutions retenues

Après différentes recherches, nous avons retenu deux solutions principales :

La première solution envisagée consiste à mettre un réducteur devant une MCC, et d’utiliser ce moteur comme génératrice de notre système.

Nous avons réalisé sous Matlab, la simulation du système en utilisant la représentation énergétique macroscopique (REM).

Avantages :

- Possibilité de mettre en place une MPPT avec le degré de liberté de commande de la MCC.

- Simplicité de la conversion énergie mécanique/énergie électrique dans la MCC.

- Tension en sortie directement utilisable pour charger une batterie.

Inconvénients :

- Faible rendement d’une MCC en génératrice.

La deuxième solution est l’utilisation comme génératrice d’une machine synchrone à aimants permanents (Brushless).

Avantages :

- Fonctionnement triphasé, assurant un meilleur rendement.

- Pas besoin d’être relié au réseau en brushless, utilisation semblable à une MCC.

Inconvénients :

- Commande beaucoup plus complexe pour la MPPT.

stratégie MPPT

Stratégie MPPT :

Comme on peut le voir sur cette courbe, il existe différents points où la puissance est maximale en fonction de la vitesse du vent. On augmente donc le rendement du système en installant une stratégie MPPT qui en fonction de la vitesse du vent va commander la génératrice pour la faire tourner à la vitesse ou le Cp sera maximal. Pour concevoir cette régulation, nous devons connaitre exactement la courbe du Cp(λ) de notre éolienne.