Puissance éolienne

Bonjour,
Je souhaiterais savoir comment on obtient les courbes P= f(Ω)d’une éolienne, la puissance mécanique en fonction de la fréquence de rotation pour différentes vitesses de vent : est-ce par des essais, dans ce cas quels sont ces essais, ou est-ce par des calculs, et dans ce cas, quels sont ces calculs ?
Merci de vos réponses.

Bonsoir Aliocha
Il n'est pas possible en quelques lignes de résumer des chapitres de théorie et de pratique des différentes éoliennes. Pour résumer très brièvement, on connait depuis longtemps pour chaque type d'éolienne, du moulin à vent aux grandes hélices les courbes des coefficients de puissance en fonction du rapport Lambda = U/V , c'est à dire : vitesse périphérique/vitesse du vent entrant. Ces courbes ont été calculées et vérifiées ou modifiées par des essais spécifiques. Par vent normal on cherche à se situer dans la bonne zône de la courbe donnant la puissance maxi pour la vitesse de vent observée.
Pour vous donner quelques exemples : moulins à vent Lambda ( L ) optimal voisin de 3 ;
éoliennes de pompage L optimal voisin de 1 ;
éoliennes hélices rapides L optimal voisin de 6 à 7 ( cas des grandes éoliennes ).
Je vous conseille la lecture du livre "
Les Eoliennes : théorie, conception et calcul pratique "
de D.LE GOURIERES. Ce livre est une réedition améliorée de son premier ouvrage édité en 1981.

Bonjour Mike,
Merci de répondre aussi rapidement.
Voici ce que j’ai compris et ce que j’en déduis (certains symboles ne s'affichant pas, je les ai remplacés par leur signification en toutes lettres) :
P = 0,5 Cp(ro)SVcube
lambda = RΩ/V
Cp = f(lambda)
Si V, vitesse du vent = constante et Ω, fréquence de rotation variable, alors
P = k1Cp et lambda = k2Ω
Il s’ensuit que la fonction P = f(Ω) à V constant est de la même forme que Cp = f(lambda)
Qu’en pensez-vous ?

Bonsoir Aliocha
Vous avez totalement raison. Il est à noter que lorsque une éolienne tourne nettement trop vite par rapport à sa vitesse optimale, il ya dégradation des performance aéro donc baisse de puissance et également augmentation de la poussée axiale, l'éolienne constituant ainsi pour le vent un obstacle plus difficile à traverser.

Merci Mike
Les courbes Cp en fonction de lambda sont-elles empiriques ou peut-on les déterminer par calculs ? D'autre part, j'ai lu qu'elles étaient propres à chaque éolienne : elles doivent donc être données par les constructeurs ?
Merci pour les réponses éventuelles

Bonjour Aliocha
Les valeurs et courbes de Cp peuvent être calculées avec une certaine marge d'erreur quand on dispose des caractéristiques aérodynamiques des profis de pales;
ensuite les mesures de la puissance fournie par l'éolienne permettent de corriger la courbe, à condition que l'on connaisse bien le rendement de la partie mécanico-électrique pour les différentes vitesses de vent . Du côté des constructeurs, ils donnent assez souvent des courbes de puissance, parfois gonflées, et rien de plus.

Merci encore Mike pour vos réponses aussi rapides et efficaces.
Je vous souhaite mes meilleurs voeux pour l'année 2009.

Aliocha,

Qu'elle est la puissance éolienne?
La puissance contenue dans le vent est proportionnelle au cube de sa vitesse. c'est mathématique !
Ensuite intervient la qualité du vent, c'est à dire de son écoulement. Ainsi j'ai pu obsever que le vent entre 3 et 5 mètres/s se montrait au dessus du sol d'un écoulement assez laminaire assurant une bonne performance de production, d'une turbulence accrue entre 6 et 11 m/s, et au delà replaqué au sol. C'est une notion que je n'ai jamais vu aborder mais qui conditionne le rendement relatif de toute l'hélice.
Si une hélice est trop voisine du sol, de nombreuses études ont montré que le vent la contournait par le dessus. Pour une hélice de 5 mètres de diamètre placée à 25 mètres de haut, l'expérience m'a montré qu'une surface d'un demi m2 situé à un mètre en dessous, faisait tomber la production de moitié.
En fait, ne devrait pas ètre prise en compte le seul vent traversant la surface balayée si le pylone est de hauteur rationnelle. Mais quoi ?
L'idéal serai de placer le récepteur à une hauteur de 1500 mètres au dessus du sol avec une pylone qui n'existe pas. Alors pas de trainée induite !!!!!!!!!!!!!!
Quelque soit la vitesse d'une roue ou hélice, une conversion du vent est réalisée. Si la vitesse est nulle, la puissance produite sera nulle mais le vent sortira derrière rotationnel et aura converti à cette fin toute son énergie.
Plus l'hélice prend de la vitesse, moins cette forme de conversion sera importante. Il y a donc avantage à avoir de la vitesse et nous tombons dans un compromis techniquo-économique. Technique car l'on doit limiter les contraintes mécaniques issues des effets centrifuges et ne pas manger le gain par la trainée du profil de pâle, le tout sans être contraint à des techniques trop couteuses ou trop lourdes.
La puissace éolienne recueillable dépendra comme nous l'avons vu de la hauteur au dessus du sol, de la forme de l'hélice, de l'établissement des pales. En particulier de leur largeur et il faut écrire que le rendement est inverssement proportionnel à l'angle d'incidence par rapport au vent relatif.
Et toujours la nécessité de compromis techniquo-économique.

Des belles formules, des modèlisations informatiques ! Celà fait nouveau, technologies avancées, mais quoi mettre dessous?
Assez d'abstractions !

Bienvenue sur le forum, Jean.

Sur beaucoup de graphique représentant la puissance d'une éolienne à pas variable reste constante dans une plage où le vent à une vitesse de 15 à 25 m/s. Est ce fait exprès ou est ce parce que la puissance ne peut être augmentée davantage malgré le pas variable ?

Bonjour Ben13
La puissance est volontairement limitée car, pour résumer, ni les pales ni le générateur, optimisés pour les vents moyens du site, ne pourraient supporter des puissances plus élevées.

J'aimerais savoir comment on demontre la formule suivante Puissance est proportionelle a la vitesse au cube.
merci de vos reponse

Bienvenue sur le forum, kovy

kovy : http://www.windpower.org/fr/tour/wres/enrspeed.htm

Bonjour Kovy
Petite explication complémentaire : la part d'énergie cinétique récupérée par l'éolienne est k.m(Vcarré), m étant la masse du fluide passant par seconde, elle est donc proportionnelle à V , et ainsi la puissance d'une éolienne est fonction de V au cube.

Bonjour Ben 13,

Oui, sur les graphiques entre 15 et 25 m/sec il n'y a pas de croissance de puissance.
La limite de puissance de la machine électrique est atteinte à 15 m/sec, et il est impensable de traîner un alternateur plus puissant pour des vents qui souflent très rarement. De serai une perte de producttion.

Bonjour

Pour calculer la puissance méca de mon éolienne, je penser seulement déterminer l vitesse angulaire et le couple en sorti en fonction du vent, de manière empirique, juste pour avoir des ordres de grandeur.

Je me trompe ou faut-il que je me mette à vos calculs qui mon l'air plutôt complexe?

Deuxième question, quel est le rendement entre cette puissance mécanique et la puissance électrique de sorti à l'aide d'une génératrice classique?

Merci pour vos réponses

Si vous souhaitez voir pourqoui je pose ses questions, venez nous rendre visite sur notre blog
http://projeteolienne95.over-blog.com/

Bienvenue sur le forum, Boyer.

Bonjour Boyer
Pour déterminer la puissance, ce que vous proposez est bon, mais avez-vous les instruments de mesures qui conviennent, en particulier pour le couple ?
Les rendements des alternateurs utilisables sont très variables, surtout pour les très petites puissances, de l'ordre de 50% seulement pour un alternateur de voiture, jusqu'à 85-95% pour un alternateur évolué.
J'ai regardé votre projet d'éolienne 95, pas terrible !, car ce type de panémone à traînée différentielle donne un rendement bien médiocre, de plus elle possède trop de pales, d'où un coef. de masque trop élevé et une partie du vent passera autour de la machine sans y entrer.

Merci pour tes réponses

Pour les mesures on aura des instruments, type tachymètre et clé dynamométrique (ou autres). pour l'alternateur, on pense prendre des systèmes adaptés à la production d'électricité via l'énergie éolienne (de mémoire ce sont des alternateurs assez compactes d'environ 3OO€, mais nous devons optimiser la rotation du rotor avant de penser à l'achat).

Par contre, quand tu parle des panémones ( définition que j'ai trouvé et que je n'ai pas bien compris : Petit moulin à élever l'eau, qui s'oriente tout seul, de manière à tourner par tous les vents) traînée différentielle (autre chose que je n'ai pas compris) tu parle de quel élément. Pour l'histoire du nombre de pales et de coef de masque, tu parle du rotor et des gouttières, ou des directrices à l'extérieures. Tu pense que l'on devraient changer de configuration? Cette histoire de bien prendre le vent est super important et on pensez tester plusieurs cas de figures (plus ou moins de pales, angles de pliages des tôles différentes) pour choisir ce qui marche le mieux. Donc toutes vos suggestions peuvent nous aider.

Pour les pales du rotor, il est évidemment que ce n'est pas terrible, mais pour moins de 20€ en début de projet, c'est pas mal pour des pales. Quand notre chaîne énergétique sera réalisée, on se penchera plus en profondeur sur les pales, voir les directrices et toutes les solutions qui pourront nous faire gagner des watts.

Bonsoir Boyer
Je vais parler franchement : manifestement vous débarquez dans l'éolien, et vous avez hélas choisi pour votre projet l'un des plus mauvais type de rotor, qui est maheureusement souvent recopié ;
ce type de rotor a été abandonné il y a plusieurs siècles au profit des moulins à vent qui seuls à leur époque pouvaient produire de fortes puissances avec de bons rendements. Les rotors des moulins ont été améliorés d'années en années et en 1759 John Smeaton avait expérimenté et mesuré de façon scientifique l'influence des différents paramètres et déterminé les meilleures configurations qui d'ailleurs sont toujours valables. Revenons à votre projet :
- La panémone est ce type de moulinet vertical qui n'a pas besoin d'être orienté dans la direction du vent.
- Le rotor est à traînée différentielle, car une partie des aubes avance sous la poussée du vent et l'autre revient à contrevent en utilisant une partie de l'énergie précédente, d'où le faible rendement. La vitesse périphérique du rotor à pleine puissance sera toujours inférieure à la vitesse du vent entrant, entre 0,4 et 0,6. Autre constatation : vous ne pouvez pas optimiser la rotation car il n'y a aucune possibilité de régulation.
- Coef. de masque : ( en anglais "
solidity"
, ce qui a conduit à bien des confusions ) c'est un rapport entre les surfaces des pales et la surface offerte au vent.
- Certains constructeurs ont placé un carénage pour masquer la partie du rotor remontant au vent, mais alors il faut au dessus un empennage pour l'orienter.
- Pour les aubes il vaut mieux utiliser des demi cylindres ( 4 )tenus éloignés du centre par des bras hauts et bas;
de cette façon, le différentiel énergétique est bien plus élevé.
Si vous voulez poursuivre dans cette voie plutôt en impasse, regardez un peu l'éolienne Italienne "
Ropatec "
, mais son rendement reste aussi médiocre.

Bonjour.

J'ai une information à vous demander.

Une éolienne tourne avec une vitesse de rotation qui croit avec la vitesse du vent, jusqu'à un certain palier dû aux écoulements qui changent de mode.

Je voulais déjà d'une savoir comment déterminer cette vitesse limite de manière simplifiée (équations utilisant peu de variables) et qui s'appliquerai aussi bien pour les éolienne classique que pour les éoliennes de type Darrieus ou Savonius ou sinon une manière simple pour chaque si possible. Je demande une manière simplifiée, parce que je suis sûr que la réponse se trouve dans un bouquin d'aérodynamique, mais je n'en ai jamais fait et j'ai pas le temps de m'y plonger sérieusement.


J'ai lu dans un [url=livre][/url] que cette vitesse limite serait de 100m/s en bout de pale (vitesse angulaire * rayon) et que cela s'appliquait à toute taille d'éolienne. Mais est que ce la s'appliquerait à des éolienne de type Darrieus ou Savonius?
Dans ce cas mon premier problème serait résolu.

Et de deux, je voudrais savoir si cette vitesse limite reste constante avec la croissance de la vitesse du vent, en ne tenant pas compte des résistances mécaniques, seulement aérodynamiques, ou si ça décrois.

Si ça reste constant, est ce que la puissance diminue? Sachant que puissance = couple * vitesse angulaire.
Si la puissance diminue, le couple doit diminue.

Voilà, merci d'avance.

Bonjour Ironduck
La vitesse limite dépend du type d'éolienne et de sa réalisation : bipale, tripale ...plus des caractéristiques des pales ou des aubes.
- La mise en survitesse d'une éolienne entraîne une perte quasi totale de puissance : d'une part, les pales ou aubes ne sont plus aérodynamiquement efficaces, d'autre part, l'effet de masque crée par le rotor qui tourne trop vite a pour effet de pousser le vent sur les côtés. Dans la réalité, on ne cherche surtout pas à aller en survitesse ce qui introduit d'autres risques pour l'ensemble des équipements et structures.
- Pour les grandes ou moyennes éoliennes, la vitesse maxi en bout de pale est de l'ordre de 75 à 80 m/s car il faut rester toujours nettement en dessous de 100 m/s, qui correspond au début de compressibilité ce qui conduirait à des vibrations, sifflements et autres bruits.
- Les vitesses limites pour les différents types d'éoliennes : à partir des valeurs de puissance maxi, les courbes de puissance ont la forme d'une parabole inversée;
voici quelques valeurs ( moyennes ) qui s'expriment en fonction du rapport lambda = vitesse périphérique/ vitesse vent entrant, ici exprimé par La :
- éolienne lente type roue : La = 1 donne Pmax, et La = 2 donne P = 0
- éolienne Savonius : La =1 donne P max, et La = 1,8 donne P = 0
- Darius bipale et tripale : La = 5 donne Pmax, et La = 8 et 10 donne P = 0
- éolienne rapide tripale : La = 6 à 7 donne Pmax , et La = 12 à 13 donne P = 0

Merci Mike B pour tes réponses claires et détaillées. Pour les productions d'électricité, je ne suis pas dupe et je sais que l'on ne produira pas grand chose si l'on arrive à produire mais avec cette éperience et quelques années de travaux, nous avons espoir de faire quelque chose de bien et si c'est de partir sur les éoliennes que j'appelle classique "
à axe horizontal, on s'aura pourquoi on fabrique ce type d'éolienne. Pour cette première année, le but principale est bien la fabrication d'un système avec des élèves, leurs investissement dans un projet qui reste concret, une réflexion sur les énergies rennouvelables (par forcément les éoliennes) et les enjeux climatiques, l'utilisation de machines à commandes numériques, la mise en valeurs de leurs travails dans un blog,...

Pour cette année et l'évolution, on va continuer et finir notre axe vertical, je pensé coupler 2 type d'éolienne car le guidage en rotation est réalisé et donc garder notre éolienne (en changent nos pales si on arrive à trouver un moyen de faire des pales profilées) et de rajouté au dessus un type ropatec, ou torsadé ou encore savonius.

Pourquoi il y aurait perte de puissance, vu que l'éolienne, et ce qui compte c'est que la génératrice recoive une vitesse de rotation? Y aurait il une perte de couple? Ou alors la vitesse de rotation chute ce qui serait logique si le vent évite l'éolienne.

Sinon pour les lambda que tu donne à la fin. Il manque une inconnue non? A moins que ce soit pour calculer la vitesse de vent maxi en me servant des 75-80 m/s que tu donne plus haut. Est ce que cela s'applqiuerait pour des Darrieus Savonius de 100 à 3000W?


En tout cas merci beaucoup pour tes réponses.