Suject Modélisation et simulation des différents aérogénérateurs éoliens.
Ecole : Université Djillali Liabes de Sidi-Bel-Abbès -- Faculté de Génie Electrique
Département : Electrotechnique

Introduction :

La production de l’énergie renouvelable a connu des développements considérables au cours des dernières années. En effet, les modes de production reposant sur la transformation d’énergie renouvelable par exemple éolienne, sont appelés à être de plus en plus utilisés dans le cadre du développement durable [CHA10].

D’une part, les gisements des ressources énergétiques fossiles ou traditionnelles, d’origines principalement fossiles, ne peuvent être exploitées que pour quelques décennies, ce qui laisse présager d’une situation de pénurie énergétique au niveau mondial de façon imminente. D’autre part, Par les énergies fossiles, on désigne une énergie stockée en quantités limitées dans le sous-sol sous forme d’hydrocarbures, Ceux-ci sont issus de la sédimentation de matière organique. Les ressources fossiles ne sont pas renouvelables et Leur combustion émet des gaz à effet de serre [EXPL].

Par ailleurs l’Epuisement des énergies fossiles couvrent aujourd’hui 80.3 % de la production d’électricité. l'agence internationale de l'énergie [DJE15] a estimé que la demande mondiale d'énergie pourrait augmenter de 45 % d'ici l'an 2030, notamment en raison du développement démographique et de l'industrialisation de pays comme la Chine et l'Inde, qui comptent à eux seuls plus de 2 milliards d'habitants. La consommation d’électricité devrait croître 2 fois plus vite que la consommation moyenne d’énergie [EDF].

Face à cela et avec le problème du réchauffement climatique de la Terre dû aux émissions de gaz à effet de serre, plusieurs pays se sont tournés vers les énergies renouvelables. En effet, un véritable challenge mondial est pris au sérieux aujourd’hui, aussi bien sur la politique de réduction des émissions de gaz à effet de serre (principalement le CO2), en les ramenant à leur niveau de 1990 , que sur celui de l’exploitation des ressources d’énergie renouvelable. Ceci a été recommandé à la 3ème Conférence des Parties de la Convention – Cadre des Nations Unies sur les changements climatiques qui s'est tenue à Kyoto (Japon) en décembre 1997 [DJE15]. La convention et son protocole créé un cadre pour la mise en œuvre d'un éventail de politiques climatiques et stimulé la création du marché du carbone et de nouveaux mécanismes institutionnels qui pourraient servir de base aux futurs efforts d'atténuation.

Face à ces problèmes, il s’avère nécessaire de faire appel à des sources d’énergie nouvelles qui seront sans conséquence pour l’homme et l’environnement, si bien que plusieurs pays se sont tournés vers énergie l’éolienne qui représente un potentiel assez important. Elle a été l'une des croissances les plus rapides de sources d'énergies renouvelables dans le monde (car une seule éolienne peut remplacer des hectares des panneaux solaires). Bien évidemment, l’éolienne non pas pour remplacer les énergies existantes mais pour palier à l’amortissement de la demande de plus en plus galopante [DJE15].

La multiplication des éoliennes a conduit les chercheurs en Génie Electrique à mener des investigations de façon à améliorer l'efficacité de la conversion électromécanique et la qualité de l'énergie fournie. Dans ce cadre, le présent mémoire a pour décrire les diverses technologies et les principales caractéristiques des aérogénérateurs éoliens.

Donc, le premier chapitre sera consacré aux notions générales sur les aérogénérateurs éolien, avec des statistiques sur le développement de l’énergie éolienne dans le monde, puis nous allons nous intéresser à l’état actuel des avancées technologiques qui ont permis la construction et le fonctionnement de ces aérogénérateurs, suivi par un état de l'art sur la conversion électromécanique à travers les différents composants constituant l’aérogénérateur ainsi que les différents types d’éoliennes existantes, en détaillant leurs avantages et leurs inconvénients.

Une grande partie des éoliennes installées de nos jours sont équipées de machines asynchrones à double alimentation (MADA). Cette génératrice permet une production d’électricité à vitesse variable, ceci permet alors de mieux exploiter les ressources éoliennes pour différentes conditions de vent. Pour atteindre ces objectifs, le second chapitre est consacré à l’utilisation d’une génératrice asynchrone à double alimentation (GADA) dans un système éolien, la topologie et les domaines d'utilisation de la machine asynchrone à double alimentation ainsi la modélisation et simulation des résultat sous Matlab/Simulink.

Dans le troisième chapitre on va étudier l’aérogénérateur éolien à base de machine synchrone à aimants permanents qui est caractérisée par un couple volumique élevé, une inertie très faible et de faible inductance. Toutes ces caractéristiques offrent à la machine synchrone à aimants permanents des performances intéressantes, un rendement meilleur et meilleur contrôlabilité, ce qui fait d’elle une sérieuse concurrente de la machine asynchrone.

Par ailleurs et contrairement aux autre moyens traditionnels de production d’électricité ou la GSAP et la GADA sont largement utilisées, c’est la génératrice asynchrone à cage d’écureuil qui équipe actuellement plus de la moitié des éoliennes installées dans le monde. Cette machine possède des qualités de robustesse et de faible taux de défaillance intéressantes, son faible cout et l’absence de système de balais-collecteur la rendent tout à fait appropriée pour l’utilisation éolienne. Le dispositif le plus simple et le plus utilisé consiste à insérer entre la turbine et le rotor de la machine asynchrone un multiplicateur de vitesse, et à connecter directement le stator de celle-ci au réseau. La majorité des application en éolien, environ 85% sont à vitesse de rotation fixe et à connexion directe sur le réseau. c’est pour cela le quatrième chapitre, présente une étude sur l’aérogénérateur éolien basée sur génératrice asynchrone auto-excité, tel que la modélisation et la simulation et interprétation des résultat.

Enfin, nous clôturons ce travail par une conclusion générale qui résume les résultats obtenus et des perspectives pour la continuité future de ce travail.