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Systèmes de conversion de l’énergie éolienne  Comme on doit prendre en compte un ensemble complexe de conditions du site et de l’équipement (souvent dans des endroits éloignés ou inaccessibles), la préoccupation principale est la durabilité des composants de l’équipement de production éolienne. Dans un système de conversion d’énergie éolienne type, ces composants comprennent : • L’éolienne, dont le rotor et l’alternateur • Les systèmes de commande • Le multiplicateur de vitesses • Le réseau de câble collecteur • Les freins • Les capteurs • L’équipement hydraulique • Le système d’orientation Nous en examinerons quelques-uns plus en détail. Contrôleur électronique de l’éolienne Le contrôleur de l’éolienne consiste en un certain nombre d’ordinateurs qui surveillent continuellement l’état de l’éolienne et recueillent les statistiques sur son fonctionnement. Comme son nom l’indique, le contrôleur contrôle également un grand nombre de contacts, pompes hydrauliques, soupapes et moteurs à l’intérieur de l’éolienne. Comme les dimensions de l’éolienne augmentent pour passer à des machines mégawatts, il devient même plus important qu’elles aient un taux de disponibilité supérieur, c’est-à-dire qu’elles fonctionnent de façon fiable en permanence.  Stratégies de contrôle Un grand nombre de secrets commerciaux des fabricants d’éoliennes réside dans la façon dont le contrôleur interagit avec les composants de l’éolienne. Les stratégies améliorées des contrôleurs sont responsables en grande partie de l’augmentation de productivité des éoliennes au cours des dernières années. Par exemple, les pales de rotor des éoliennes à vitesse variable d’aujourd’hui sont réglées et commandées par trois ensembles de propulsion électromécaniques indépendants pour les systèmes de pas. Le contrôleur électronique sur une éolienne à contrôleur de pas vérifie la sortie d’alimentation de l’éolienne plusieurs fois par seconde. Quand la sortie de puissance est trop haute, il envoie un ordre au mécanisme de pas de la pale. Celui-ci tourne immédiatement les pales du rotor légèrement dans le sens opposé au vent. Vice-versa, les pales sont tournées à nouveau dans le vent chaque fois que son intensité chute.  Avec l'aimable permission de la société Vestas Wind Systems A/S. Le multiplicateur de vitesses Pourquoi utiliser un multiplicateur de vitesses? La puissance engendrée par la rotation du rotor de l’éolienne est transférée à l’alternateur par le groupe motopropulseur, qui consiste de l’arbre principal, du multiplicateur de vitesses et de l’arbre à grande vitesse. Aussi, pourquoi utiliser un multiplicateur de vitesses? Ne pourrait-on pas juste entraîner directement l’alternateur en utilisant la puissance de l’arbre principal? La réponse est la suivante : si un alternateur ordinaire est connecté directement à un réseau triphasé (courant alternatif) de 60 Hz c.a., avec deux, quatre ou six pôles, on doit utiliser une éolienne à très grande vitesse qui tourne entre 1 000 et 3 000 tr/min. Avec un rotor d’un diamètre de 43 m, on obtiendrait une vitesse d’extrémité des pales du rotor bien supérieure à deux fois la vitesse du son, ce qui est impossible. Une autre possibilité est de fabriquer un alternateur avec 200 pôles pour atteindre une vitesse de rotation raisonnable de 30 tr/min. Cependant, ce n’est pas une solution économique. Le multiplicateur de vitesses d’une éolienne ne change pas de vitesse. Il a normalement un rapport de démultiplication simple entre la rotation du rotor et l’alternateur. Pour une machine type, le rapport de démultiplication est généralement de 1 à 50. Les éoliennes représentent une des applications les plus exigeantes pour les multiplicateurs de vitesses en raison des charges variables très difficiles à prévoir. Le couple massif est transmis par les multiplicateurs de vitesses planétaires à trois étages généralement utilisés dans les éoliennes multimégawatts qui pèsent entre 50 et 70 tonnes (de 45 359 à 53 503 kg).  Alternateur Une éolienne peut être conçue pour fonctionner à vitesse constante ou à vitesse variable. Les éoliennes à vitesse variable peuvent produire entre 10 et 15 % de plus d’énergie que leurs homologues à vitesse constante. Toutefois, elles nécessitent des convertisseurs électroniques de puissance pour fournir une fréquence et une tension fixes à leurs charges. Dans l’ensemble, les éoliennes à vitesse variable dominent le marché. Éoliennes au vent ou sous le vent? Dans le cas des modèles au vent, le rotor fait face au vent. L’avantage principal des modèles au vent est que l’on évite « l’ombre du vent » derrière la tour. La grande majorité des éoliennes est dotée de cette caractéristique. L’inconvénient essentiel des modèles au vent est que le rotor doit être plutôt inflexible et que l’on doit le placer à une certaine distance de la tour. En outre, la machine au vent a besoin d’un mécanisme d’orientation pour que le rotor soit face au vent. Rotors - Combien de pales? La plupart des éoliennes modernes ont trois pales. Un rotor avec un nombre pair de pales créera des problèmes de stabilité pour une machine ayant une structure rigide. La raison en est que, au moment même où la pale la plus haute est repoussée en arrière, parce qu’elle reçoit la puissance maximale du vent, la pale la plus basse passe dans l’ombre du vent à l’avant de la tour.  |
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