Différents éléments sont utiles à la production d’énergie électrique.
ð L’aéromoteur :
Il comprend le rotor : avec les pales (trois en général) et le moyeu contenant divers dispositifs de commande afin de maintenir une fréquence stable en fonction de la vitesse du vent ; et un système de freinage très important comme nous avons pu le voir.
Il permet de transformer l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique. Dans ce cas l’énergie est transformée en une rotation lente et puissante de l’arbre principal.
Ce mouvement de rotation obtenu s’explique facilement en décomposant la résultante des actions du vent sur les pales d’une éolienne à axe horizontal :
L’une que l’on appellera P : perpendiculaire à la direction du vent.
Et l’autre que l’on appellera T : pour traînée et qui a la direction du vent.
Dans le cas présent, on obtient :
- 2 forces P1 et P2 parallèles et de sens opposé, elles sont toutes deux perpendiculaires à la direction du vent ce sont elles qui vont permettre la rotation du rotor.
- 2 forces T1 et T2 parallèles et de même sens, qui déplacent le rotor par un mouvement de translation dans le sens du vent. Cette force doit être compensée par la résistance du mât, d’où l’importance de celui-ci.
ð Le mât :
Son fonctionnement est simple mais il est essentiel. Il doit non seulement soutenir la nacelle pesant plusieurs tonnes, mais empêcher le vent d’écrouler le système. De plus il doit être assez haut, de manière à éviter les perturbations du relief ou de la végétation environnante. Et enfin, il doit résister aux surcharges entraînées par le givre et permettre l’entretien et la vérification facilement.
ð Le générateur électrique :
Le générateur se situe le plus souvent en fond de nacelle car il intervient en dernier.
L’énergie mécanique est ensuite transformée en énergie électrique de deux manières différentes. Chacun de ces moyens fait intervenir un type de générateur différent :
Ø Le générateur synchrone (ou génératrice synchrone) :
Ces génératrices tournent à une vitesse variable en fonction de la vitesse du vent. Ceci produit du courant à voltage et fréquence variables. Ce " mauvais " courant alternatif car irrégulier doit être redressé en courant continu, qui doit être encore transformé en courant alternatif de voltage et de fréquence constants par un onduleur.
Cette technique de vitesse variable est utilisée par les propriétaires d'éoliennes domestiques qui ne sont pas raccordées au réseau électrique pour une utilisation le plus souvent directe (sinon, ce n'est pas rentable). Mais elle est aussi de plus en plus courante dans les parcs éoliens car les appareils de transformation de courant sont de moins en moins coûteux.
Le générateur produit alors du courant électrique alternatif mais de fréquence variable, il doit être transformé en courant continu, puis en courant alternatif de fréquence identique à celle du réseau public.
Avantages
- Gain important en poids (pas de multiplicateur)
- Réduction du nombre de pièces en rotation
- moins de bruit
- réduction de la charge
- augmentation de la durée de vie de la machine
- diminution de la maintenance
Inconvenients
- Nécessite une conversion électrique afin de garder une fréquence constante
(Courant alternatif→Courant continu→Courant alternatif)
Ø Le générateur asynchrone :
Le générateur asynchrone ou Machine Asynchrone (MAS) est utilisé dans la plupart des cas car il nécessite moins de moyens de transformation du courant produit. En effet, le courant produit par un générateur asynchrone est un courant continu (système identique à celui d’une dynamo mais à plus grande échelle) qui n’a besoin que d’une transformation pour être identique au courant du circuit public.
Par contre ce type de générateur nécessite d’être entraîné à plus grande vitesse d’où l’utilité d’un multiplicateur.
La machine asynchrone est peu utilisée sur site isolé car elle nécessite des batteries de condensateurs pour la fourniture d'énergie réactive, elle est en revanche très présente dans les parcs éoliens.
La génératrice asynchrone produit du courant grâce à un champ magnétique qui peut être créé de deux manières différentes. La génératrice est alors :
A rotor bobiné ou à bagues : Les enroulements du rotor couplés en étoile sont reliés à un système de bagues/balais permettant ainsi l'accès à leurs bornes pour la connexion d'un convertisseur statique dans le cas d'un pilotage de la machine par le rotor.
A cage d'écureuil : Le rotor est constitué de barres court-circuitées par des anneaux aux deux extrémités de l'armature. Les enroulements rotoriques ne sont alors pas accessibles.
Le courant une fois à la fréquence du réseau quel que soit le type de générateur, va être ensuite être acheminé vers un transformateur qui va permettre la transformation du courant produit en un courant à haute tension (60 000 V à 90 000 V).
La haute tension facilite alors le transport jusqu’à la ville ou la zone à desservir en électricité.
Si le courant produit est supérieur à la demande en électricité de la zone concernée, le courant sera de nouveau transformé pour atteindre une tension d'environ 400 000 V : c’est de la très haute tension. Elle permet le transport longue distance malgré une perte moyenne de 10%. C’est sur ces lignes très hautes tensions que sont raccordées les centrales nucléaires et hydrauliques.
Le gestionnaire du réseau public de transport observe à chaque instant la demande en électricité. Les surplus d’électricité sont acheminés vers les zones en manque et parfois même vers des pays étrangers afin d’éviter tout stockage d’énergie.
En effet, on peut constater que l’Allemagne qui tente de se tourner au maximum vers des énergies renouvelables, rachète énormément d’électricité des centrales Françaises.
Ce type de gestion est en place dans tous les parcs éoliens français.
