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From:
To: <Bernard LEDRU>
Sent: Friday, January 23, 2004 4:15 PM
Subject: TPE eolienne lycee Claude Bernard
Bonjour Monsieur.
Nous sommes deux élèves du lycée Claude Bernard (Paris 16) et nous réalisons
un TPE(Travaux Personnels Encadrés).
Nous sommes très intéressés par votre article sur les éoliennes.
Nous voudrions vous poser quelques questions au sujet de formules que nous
avons mal compris:
1°) Pour calculer la puissance maximale, d'où vient le chiffre 0.363 ?
2°) Pourquoi la vitesse nominale se situe à une vitesse de vent moyenne et
non à une vitesse de vent élevée?
3°) Quelles sont les différences entre les éoliennes industrielles et
artisanales?
4°) Pourquoi utilse-t-on la puissance pratique et non la puissance maximale?
5°) Pour calculer la puissance pratique d'une éolienne industrielle et
artisanale, d'où viennent les chiffres 0.627 et 0.456?
Nous vous remercions.
Bonjour,
Je constate que vous écrivez sans faute et la qualité de vos questions prouve que vous avez lu les articles attentivement. Vous voulez vraiment comprendre. Aussi, je vous réponds avec plaisir.
A propos des articles :http://users.swing.be/compagnons-eole/eolienne/articles/art17.htm
http://users.swing.be/compagnons-eole/eolienne/articles/art5.htm
1) Un marteau a une masse. Plus sa vitesse sera grande, plus il fera mal au pied qui la recevra, plus il libérera l'énergie qu'il contient. Mais lors de l'impact, toute l'énergie est libérée. Le marteau ne continue pas à descendre sous terre.
Le vent a aussi une masse (800 fois moins lourd que l'eau). Plus sa vitesse sera grande, plus le vent libérera l'énergie qu'il contient. Mais lors du passage dans l'éolienne, toute l'énergie n'est pas libérée. Le vent continue derrière l'éolienne ...
Une éolienne ne fait que ralentir le vent. Un physicien ( Betz ) a démontré que l'énergie capturée lors de ce ralentissement ne pouvait être supérieur à 59 %
Il donc existe une différence entre les types de masse.
Si la masse est solide, il y a arrêt de la masse lors de l'impact et toute l'énergie est libérée.
Si la masse est fluide (air, eau, ...), il n'y a pas d'impact, mais
ralentissement et l'énergie de ce fluide est seulement diminuée (de maximum 59 % )Le maximum captable (d'une masse fluide) est 16 / 27 (soit 59 %) du maximum captable (d'une masse solide)
0,363 = 0,6125 * 16 / 27
2) La vitesse nominale est la vitesse à laquelle une éolienne donne le
maximum de sa puissance. Cette vitesse nominale est souvent de 12 m / sec (environ 45 km/h). A partir de cette vitesse nominale, l'éolienne ne produit pas plus d'électricité, qu'elle que soit la vitesse de vent ...
http://users.swing.be/compagnons-eole/images/articles/vergnet/26_220.gifPlus il y a de vent, plus il y a d'énergie à prendre. Alors, pourquoi ne pas prendre toute l'énergie contenue dans le vent ?
C'est une décision du constructeur qui se justifie par le fait que plus il y a d'énergie à prendre, plus la poussée est forte. Si cette poussée devenait trop forte, l'éolienne culbuterait ...
Soit on construit des éoliennes très fortes et donc très coûteuses, soit on commence à freiner l'éolienne dès que le vent atteint 12 m / sec. (A partir de 25 m / sec, l'éolienne est mise à l'arrêt. (1) )
Les vents très forts et donc très énergétiques existent, mais la durée de ces vents est de quelques heures par an (sur 8760 heures). Il n'est donc pas rentable de construire des éoliennes très fortes pour quelques heures.
3) Les éoliennes industrielles sont celles qui sont construites en usine. La fabrication en série permet de réduire les coûts. Les machines-outils sont spécialisées et la qualité souvent meilleure. Le client choisit dans un catalogue.
Les éoliennes artisanales sont réalisées par des artisans. Les artisans sont les seuls à fabriquer selon les désirs du client ... Si un client veut une éolienne avec 5 pales, il n'ira pas voir un industriel ...
4) Entre l'énergie captée par les pales et celle qui sort des fils
électriques, il y a des échauffements. Le moteur (la génératrice) "chauffe". Cette chaleur constitue une perte d'énergie ... Or, l'énergie qui est utile, pratique est celle qui sort des fils électriquesOn estime que cette perte est de 30 % minimum.
5) 0,627 = 1,14 * 0,55 (soit 45 % de perte)
0,456 = 1,14 * 0,4 (soit 60 % de perte)
(1) Aujourd'hui, les grosses éoliennes sont commandées par un "ordinateur". Certaines sont même en communication permanente avec l'usine, via une ligne téléphonique. Il est ainsi possible, via internet, de surveiller la production de plusieurs dizaines d'éoliennes et même de donner l'ordre à l'ordinateur d'une éolienne située à l'autre bout de la terre d'arrêter l'éolienne
Il est tard. J'espère n'avoir pas fait trop de faute d'orthographe ou de
grammaire ... ;-)Bernard LEDRU
Bernard LEDRUChargé de la gestion du site Internet
www.compagnons-eole.org
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From:
To: <Bernard LEDRU>
Sent: Wednesday, January 28, 2004 11:31 AM
Subject: Re: TPE eolienne lycee Claude Bernard
Bonjour MonsieurNous voulions vous remercier de nous avoir repondu aussi rapidement et clairement.
Votre réponse nous a été d'une grande aide. Merci !Si vous avez le temps, nous voudrions vous poser d'autres questions :
1°) Quels sont les éléments qui interviennent dans la transformation de l'énergie? (mécanique en éléctrique)
2°) Comment se réalise le stockage de l'énergie?
3°) Comment l'énergie fournie peut-elle être constante malgré une variation des conditions météorologiques?
4°) Avez-vous quelques bonnes photos de génératrices, d'éoliennes, (...) à nous fournir?
Merci beaucoup Monsieur. A bientôt.
Bonjour,
Pour répondre à vos questions :
1°) Quels sont les éléments qui interviennent dans la transformation de l'énergie? (mécanique en électrique)
La transformation a lieu dans un seul élément : la génératrice
2°) Comment se réalise le stockage de l'énergie ?
C'est un des grands problèmes. L'énergie électrique ne se stocke pas. Le réseau de distribution constitue lui-même un réservoir d'électrons. Cependant, cette capacité du réseau est trop faible. Il faut donc pouvoir répondre à la demande d'électricité très rapidement. (2)
Pour ce faire, des centrales hydro-électriques constituées de deux bassins ( un supérieur et un inférieur ) ont été construites. L'eau est pompée la nuit vers le bassin supérieur et est libérée à la demande. La réserve d'eau constitue donc une réserve d'électricité. Une telle centrale est rentable, car le prix de l'électricité produite (et vendue) le jour est supérieur à celui de l'électricité utilisée (et achetée) la nuit.
Le prix de l'électricité, en réalité, varie d'heure en heure et même de minutes en minutes.
Les centrales hydro-électriques de Vianden (Grand Duché du Luxembourg) et de Coo (en Belgique) sont de ce type. Il n'y a pas de cours d'eau qui alimente le bassin supérieur.
Autre solution : Les centrales TGV. Elles n'ont rien à voir avec le Train à Grand Vitesse. Il s'agit de centrales Turbines Gaz Vapeur, qui ont la particularité de répondre très rapidement à la demande. Une telle centrale est capable de produire en plus 10 MW par minute. (soit 300 MW de plus en une demi-heure, soit répondre à une augmentation de la consommation due à 5 millions d'ampoules de 60 Watts en une demi-heure)
Malgré de telles performances, la demande d'électricité atteint des pics (surtout en hiver, lors des fêtes de fin d'année) et il se peut qu'il n'est
plus possible de suivre la demande ... La gestion d'un réseau n'est pas une mince affaire.Exemple d'une Centrale TGV
http://users.swing.be/compagnons-eole/eolienne/articles/art49.htm
Les particuliers qui produisent leur électricité sont rares. Même lorsqu'ils sont producteurs, ils sont connectés au réseau de distribution ce qui leur
offre notamment trois avantages : ne pas devoir stocker leur surplus, pouvoir revendre ce surplus et ne pas être en rupture d'alimentation électrique.Ceux qui ne sont pas connectés n'ont pas le choix. Ou ils stockent, ou ils perdent leur surplus. La forme de stockage varie alors avec l'usage fait de
l'électricité. La forme de stockage la plus simple est de chauffer de l'eau. Et en dernier recours, on se sert de batteries (aussi coûteuses que "polluantes").Le courant qui sort des batteries est en continu. Pour l'éclairage, cela ne pose de problème (les lampes fonctionnant avec du courant continu se
trouvent facilement); par contre, les appareils sophistiqués fonctionnent souvent avec du courant alternatif. Il faut alors convertir le courant
continu en courant alternatif.Il ne faut pas oublier que chaque transformation entraîne des pertes. La distribution de l'électricité d'un point à un autre entraîne aussi des
pertes (échauffement des fils)L'électricité est une "énergie noble" qu'il ne faut pas gaspiller.
3°) Comment l'énergie fournie peut-elle être constante malgré une variation des conditions météorologiques ?
En ce qui concerne l'énergie fournie par les éoliennes, la variation est celle de la vitesse du vent.
Je vous disais qu'une éolienne ne produit pas plus que sa puissance nominale, alors même que la vitesse du vent augmente. L'ordinateur empêche à l'éolienne de s'emballer (d'aller de plus en plus vite et de produire de plus en plus).
Pour ce faire, l'ordinateur commande à des pompes qui alimentent des vérins hydrauliques. Ces vérins modifient l'angle des pales, à l'instar d'un pilote d'avion qui " met les volets " pour atterrir. Lorsque le vent diminue, les vérins se relâchent et les pales reprennent une position plus productrice.
La régulation se fait donc sur le réglage de l'angle de la pale face au vent (3)
Les particuliers qui ont construit des machines de taille respectable (plus de 5 m de diamètre)http://users.swing.be/compagnons-eole/eolienne/realisat/index.htm
utilisent aussi ce principe. Cependant, ils remplacent les vérins par des masselottes.
Détail d'une régulation par masselotte :
http://users.swing.be/sw082929/images/realisat/belgique/sibret2.jpg
Les autres particuliers optent pour un autre principe : diminution de la surface au vent.
Soit le plan vertical de rotation reste vertical mais se met dans le sens du vent (ces éoliennes ont une dérive (une queue)), soit le plan vertical de rotation s'incline jusqu'à devenir un plan horizontal (le plan de rotation des pales est alors celui d'un hélicoptère).
Pour donner une comparaison avec les bateaux à voile, je dirai qu'ici, au lieu de modifier l'angle de "la voilure", on diminue la surface de "la voilure"
La régulation aérodynamique est un sujet passionnant et vaste ...
4°) Avez-vous quelques bonnes photos de génératrices, d'éoliennes, (...) à nous fournir ?
http://www.domsweb.org/ecolo/eolien.php
http://users.swing.be/compagnons-eole/eolienne/imag.htm
Vous avez l'intelligence de savoir qu'un peu de flatterie aide à obtenir des réponses, mais vous comprendrez que je ne peux continuer à donner une réponse individuelle.
En espérant vous avoir été utile,
Bien à vous,Bernard LEDRU
Bernard LEDRUChargé de la gestion du site Internet
www.compagnons-eole.org
(2) Il n'est évidemment pas question de jouer au yoyo avec un réacteur nucléaire ... La production d'un réacteur nucléaire doit rester quasi constante. Il est moins coûteux (et surtout moins dangereux) de gaspiller l'électricité la nuit que de jouer avec un réacteur nucléaire. A la limite, s'il n'y avait que des particuliers comme consommateurs, EDF devrait offrir gratuitement l'électricité la nuit ... voire payer ! (pour n'être pas obligé de ralentir ses réacteurs)
(3) Il existe le vent apparent et le vent réel ... (voir aérodynamisme)
