Modélisation et étude des performances des systèmes éoliens hors réseau

• Main Author: Langlois, Jean-Daniel
• Format: Others
• Published: École de technologie supérieure 2006
• Online Access: http://espace.etsmtl.ca/481/1/LANGLOIS_Jean%2DDaniel.pdf; http://espace.etsmtl.ca/481/2/LANGLOIS_Jean%2DDaniel%2Dweb.pdf

Le domaine de l'énergie éolienne a connu un essor fulgurant ces dernières années. Le secteur des petites éoliennes, qui sont utilisées principalement hors réseau pour la charge de batterie d'accumulateurs, ne bénéficie pas du même soutien technique et scientifique que le secteur des grandes éoliennes. Il est essentiel de développer des outils de conception, d'analyse et d'optimisation adaptés aux particularités des petites éoliennes hors réseau afin d'en améliorer les performances. Le présent travail présente une démarche permettant de faire l'analyse du couplage entre le rotor et l'alternateur à aimants permanents et d'évaluer les performances de l'éolienne. Dans un premier temps, la modélisation de chacune des composantes du système est effectuée, soit le rotor, l'alternateur et la batterie d'accumulateurs. Dans un deuxième temps, une démarche structurée reprenant le modèle de chacune des composantes est présentée afin de faire le couplage entre le rotor et l'alternateur. Le modèle du rotor utilise la courbe du coefficient de puissance en fonction de la vitesse spécifique, qui peut être obtenue de façon analytique à partir de la géométrie de la pale. Le modèle de l'alternateur à aimants permanents utilise la transformation de Park, ce qui permet de considérer l'anisotropie du rotor de l'alternateur ainsi que la résistance de l'induit. La méthode de couplage proposée offre la possibilité de visualiser l'interaction entre le rotor et l'alternateur et de calculer la courbe de puissance de l'éolienne qui en résulte. Dans un troisième temps, un modèle temporel est développé sous Matlab/Simulik afin de conduire des études temporelles. La réalisation d'un modèle temporel a demandé l'élaboration d'un générateur de séries synthétiques de vent et de demande de puissance. Ce modèle temporel permet alors de vérifier si une éolienne donnée, pour un certain régime de vent, parvient à répondre à la demande d'un profil de consommation donné. Les outils développés sont ensuite utilisés afin de mesurer l'influence de la variation de la tension de la batterie lors de sa charge et de sa décharge sur la courbe de puissance de l'éolienne et sur sa production énergétique annuelle. Lors de l'analyse du couplage, on montre qu'il peut y avoir une grande variation de la courbe de puissance de l'éolienne en fonction du niveau de voltage, mais par la suite, avec une simulation temporelle, on peut voir que cette variation est de moindre importance lors du fonctionnement. On démontre cependant que les conditions particulières de test peuvent conduire à différentes mesures de courbe de puissance lors des tests de performance. En dernier lieu, on amorce une réflexion sur les méthodes permettant d'améliorer les performances de l'éolienne. On fait alors la revue de différents moyens permettant d'optimiser le couplage entre le rotor et l'alternateur et de maximiser la production énergétique de l'éolienne.