Master Academique: Etude de L'intégration de L'éolien Dans Les Réseaux Électriques
Master Academique: Etude de L'intégration de L'éolien Dans Les Réseaux Électriques
Master Academique: Etude de L'intégration de L'éolien Dans Les Réseaux Électriques
2021/2022
بســـــــم اللــه الـــرحــمـــــن الــرحـــيــــــــــم
miséricordieux
Compassionate
Remerciements
Avant, toute personne, nous tenons à remercier notre Dieu Tout Puissant
confiance qu’il nous a accordée qui ont fortement contribué à mener à bien
I.1 INTRODUCTION………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3
I.2 CONTEXTE ACTUEL……………………………. ........................................................................................................3
I.2.1 Energies dans le monde...................................................................................................................3
I.2.2 Energies fossiles et impacts environnementaux....................................................................................3
I.2.3 Le passage de l’ère du pétrole au post pétrole .....................................................................................5
I.3 DEFINITION DES ENERGIES RENOUVELABLES. .....................................................................................................6
I.4 LES DIFFERENTS TYPES D’ENERGIES RENOUVELABLES..............................................................................................7
I.4.1 L’énergie solaire ............................................................................................................................7
I.4.2 L’énergie éolienne ..........................................................................................................................9
I.4.3 L’énergie hydraulique .....................................................................................................................9
I.4.4 L’énergie de géothermie ..................................................................................................................9
I.4.5 L’énergie de biogaz ...................................................................................................................... 10
I.4.6 L’énergie de biomasse................................................................................................................... 10
I.4.7 L’énergie marémotrice .................................................................................................................. 11
I.5 HISTORIQUE ET ETAT DES LIEUX DES ENERGIES RENOUVELABLES ET DE L’EFFICACITE ENERGETIQUE EN ALGERIE ............................ 11
I.5.1 Genèse du Programme National de Développement des Energies Renouvelables (PNEREE) de 2011 ............ 12
I.5.2 Version réactualisée en 2015 du PNEREE .......................................................................................... 14
I.5.3 Programme National de Transition Energétique 2020 ......................................................................... 16
I.5.4 Autres actions recensées par le Commissariat (CEREFE) ....................................................................... 18
I.6 CONCLUSION………………….. .................................................................................................................... 22
II.L’ENERGIE EOLIENNE.................................................................................................................. 23
i
Table des matières
ii
Liste des figures
iii
Liste des figures
FIGURE III.18 L'HISTOGRAMME DE LA DIFFERENCE ENTRE LES VALEURS DE PERTE DE (MW LOSS) AVANT ET APRES L'INTEGRATION . ........ 55
FIGURE III.19 L'HISTOGRAMME DE LA DIFFERENCE ENTRE LES VALEURS DE PERTE DE (MVAR LOSS) AVANT ET APRES L'INTEGRATION . ....... 56
iv
Liste des tableaux
TABLEAU III.3 LA DIFFERENCE ENTRE LES VALEURS DE PERTE DE (MVAR LOSS) APRES L'INTEGRATION DE L' EOLIENNE. 55
v
Introduction Générale
Introduction Générale
Dans les dernières décennies, le monde entier a connus une concurrence dans le
développement économique et technique afin satisfaire les besoins de l’être humain.
tous ces échanges conduisent forcément a une transition énergétique causé par
l’augmentation de la demande de l’énergie électrique qui est primordiale pour tout
développement et croissance mondiale, d’autre part, la production classique ou
centralisé pose de plus en plus des défis de la pollution de la planète. De ce fait, les
chercheurs dans ce domaine d’énergie lancent une thématique des recherches sous
l’intituler « développement des énergies renouvelables » pour trouver des solutions
énergétiques vertes et efficaces. Ce développement des énergies renouvelables s’est
révélé d’être une solution attractive non polluante et disponible.
Afin de pour produire une énergie propre et durable, et l'état avancé de la recherche
dans le domaine de l'énergie éolienne montre la volonté de développer des éoliennes
plus puissantes et capables de mieux exploiter l'énergie disponible dans le vent, de
nombreuses recherches sont actuellement en cours.
Aujourd’hui, l’énergie éolienne est l’une des sources d’énergie renouvelables les plus
utiles pour produire de l’électricité. Elle est considérée comme une alternative
compétitive pour aider à réduire la demande croissante d’électricité. Les éoliennes
installées en pleine mer appelées "offshore" sont l’une des structures les plus rentables à
cause des vents plus forts, plus réguliers et moins encombrants que celles installées sur
terre appelées "onshore".
Néanmoins, l'intégration à grande échelle des parcs éoliens pose aux réseaux d’énergie
électrique de nouvelles contraintes par rapport aux sources d’énergies conventionnelles
dont le comportement est bien maitrisé. Afin de relever le défi de coordination d’une
production d'électricité basée sur l'exploitation de l’énergie éolienne avec le reste du
système électrique, de nombreux pays ont imposé dans leur code de réseau
de nouvelles exigences relatives au raccordement et au fonctionnement des
aérogénérateurs et parcs éoliens. L’objectif des codes de réseau est de fixer des règles
techniques de raccordement au réseau de transport de l’électricité, de conduite et
de fonctionnement du système électrique.
1
Introduction Générale
•Afin de placer notre système en étude, une généralité sur les différentes structure,
élément et notion seront décrites dans le premier chapitre, nous allons abordé la notion
d’énergies renouvelables et leurs différents types. L’histoire et de l'état des énergies
renouvelables notamment en Algérie.
• Dans ce chapitre, nous allons discuter l'énergie éolienne, surtout la description, les
types et les principaux composants des éoliennes. Ensuite, le système de protection et de
régulation des éoliennes à freinage manuel et le second à freinage automatique. Enfin,
nous allons évoquer leurs avantages et inconvénients.
On terminera le travail par une conclusion générale qui résume les objectifs à atteindre à
travers cette étude et quelque perspective seront proposée pour les prochains travaux
2
Chapitre I : Généralité sur Les sources d’énergies renouvelables
Chapitre I
3
Chapitre I : Généralité sur Les sources d’énergies renouvelables
les changements climatiques actuels. De plus, on s'attend à ce que les gaz à effet de serre
et la température continuent à augmenter dans les années à venir [04].
. I
4
Chapitre I : Généralité sur Les sources d’énergies renouvelables
Source : United Nations Environment Programme. GRID-Arendal. Vtal Climate Change Graphics 2005
La terre reçoit une grande quantité d'énergie du soleil. Elle absorbe une partie de
cette énergie et se réchauffe réémettant ensuite de la chaleur par l'intermédiaire des
rayons infrarouges. Sans les gaz dits « à effet de serre », qui interceptent une partie de
ces infrarouges émis par la Terre, toute cette chaleur serait renvoyée dans l'espace.
Les gaz à effet de serre sont naturellement très peu abondants. Mais du fait de
l'activité humaine, depuis la révolution industrielle, la concentration de ces gaz dans
l'atmosphère s'est sensiblement modifiée. Ainsi, la concentration en CO2, principal gaz à
effet de serre, a augmenté d'environ 35% depuis l'ère préindustrielle 280ppm, atteignant
maintenant 380ppm (pour l'année 2005).
Les trois quarts de CO2 de ces dernières années sont dus la combustion fossile de
charbon, de pétrole ou de gaz. Les effets combinés de tout gaz à effet de serre équivalent
aujourd'hui à une augmentation de 50% de CO2. Ce surplus artificiel d'effet de serre,
appelé « l'effet de serre additionnel », retient dans l'atmosphère une plus grande
quantité de rayonnement infrarouge provoquant un réchauffement du climat.
5
Chapitre I : Généralité sur Les sources d’énergies renouvelables
Mais dans les pays industrialisés, dès le XIXème siècle, elles furent progressivement
marginalisées aux profits d'autres sources d'énergie que l'on pensait plus prometteuses.
Dès lors, la pollution atmosphérique, le réchauffement climatique, les risques du
nucléaire et les limites des ressources ont fait prendre conscience qu'un développement
économique respectueux de l'environnement, dans lequel nous vivons, est nécessaire.
Les chocs pétroliers successifs depuis les années 70 ont démontré les risques
économiques et géopolitiques de la production d'énergie reposant sur l'exploitation des
ressources fossiles, dont les réserves sont mal reparties et épuisables. De plus, une
grande partie du monde ne sera sans doute jamais raccordée aux réseaux électriques
dont l'extension s'avère trop couteuse pour les territoires isolés, peu peuplés ou difficiles
à y accéder. Les énergies renouvelables constituent donc une alternative aux énergies
fossiles à plusieurs titres :
6
Chapitre I : Généralité sur Les sources d’énergies renouvelables
7
Chapitre I : Généralité sur Les sources d’énergies renouvelables
8
Chapitre I : Généralité sur Les sources d’énergies renouvelables
9
Chapitre I : Généralité sur Les sources d’énergies renouvelables
Utilisation de l'énergie générée par la combustion du gaz méthane collecté et produit par
les déchets organiques parvenant de l'agriculture et des décharges industrielles [06].
11
Chapitre I : Généralité sur Les sources d’énergies renouvelables
L'énergie des vagues (marée haute, marée basse), transformée en énergie électrique [05].
11
Chapitre I : Généralité sur Les sources d’énergies renouvelables
12
Chapitre I : Généralité sur Les sources d’énergies renouvelables
Etape Action
2011-2013 Réalisation de projets pilotes totalisant une capacité de 110 MW pour tester les
différentes technologies
2014-2015 Début de déploiement de programme avec une installation d’une puissance
totale près de 650 MW
2016-2020 Déploiement a l’horizon 2020 d’une capacité minimale de 4600 MW sont
destinés au marché intérieur et 2000 MW a l’exportation
2021-2030 Déploiement a grande échelle du programme en vue d’éteindre à l’horizon 2030
les objectifs respectifs de 12000 MW, prévue pour la consommation locale et
10000 MW à mettre sur le marché international.
13
Chapitre I : Généralité sur Les sources d’énergies renouvelables
963 MW selon Sonelgaz). Si on y ajoute les 8 000 MW qui vont être réceptionnés durant
l’année en cours 2020, on serait au même niveau que le seuil prévu en 2028, parc
renouvelable inclus.
Le bâtiment et résidentiel.
Les transports
L’industrie
14
Chapitre I : Généralité sur Les sources d’énergies renouvelables
Figure I.14 Evolution des coûts de production de l'électricité à base des principales ressources
renouvelables.
Mieux encore, plus de 4500 MW dont les 2/3 de solaire photovoltaïque, sont
programmés pour être réalisés avant 2020 selon le planning porté dans le Tableau 3.
Cependant et avec le recul, on observe qu’à ce jour (2020), au même titre que la première
version du programme, le planning tracé n’a été ni suivi ni même vu un début
d’application quelconque. En effet, la seule activité visible sur le terrain dans le domaine
des énergies renouvelables dans le pays depuis 2015, a essentiellement été dominée par
la réception (étalée jusqu’en 2017) des centrales solaires photovoltaïques totalisant 343
MW du programme lancé en 2014 par SKTM. A côté de cela, Sonatrach, a mis en service
en 2018 une première centrale solaire photovoltaïque de 10 MWc à Bir Rebaa Nord
(BRN), wilaya de Ouargla et ce dans le cadre de sa stratégie SH 2030 qui vise à déployer
une capacité totale de 2300 MW en énergie solaire à l’horizon 2030.
15
Chapitre I : Généralité sur Les sources d’énergies renouvelables
16
Chapitre I : Généralité sur Les sources d’énergies renouvelables
17
Chapitre I : Généralité sur Les sources d’énergies renouvelables
18
Chapitre I : Généralité sur Les sources d’énergies renouvelables
Ainsi, sur l’ensemble du territoire national, l’énergie solaire globale reçue par jour
sur une surface horizontale d’un mètre carré varie entre 5.1 KWh au Nord et 6,6 KWh
dans le Grand Sud (Figure 15-a).
(a) Energie solaire globale (ou GHI : Global Horizontal Irradiance) reçue par jour sur une surface
d’un m2 ; (b) Rayonnement solaire direct (ou DNI : Direct Normal Irradiance) reçu par jour sur une
surface d’un mètre carré.
19
Chapitre I : Généralité sur Les sources d’énergies renouvelables
21
Chapitre I : Généralité sur Les sources d’énergies renouvelables
(a) Distribution de la vitesse moyenne (m/s) du vent sur le territoire Algérien à 80 m de hauteur,
Deux autres projets totalisant une capacité de production de 260 MWc dont le
premier de MILLTECH (100 MWc) est prévu dans la wilaya de Mila pour rentrer en
production vers avril 2020, alors que le second (160 MWc), localisé dans la wilaya de
Ouargla, est à l’initiative de l’entreprise ZERGOUN GREEN ENERGY. La capacité de
production annuelle de panneaux solaires photovoltaïques dans le pays serait ainsi de
450 MW et se résume à l’assemblage de kits importés de l’étranger, principalement de
Chine, selon le dispositif CKD régi par l’article 37 de la Loi de finances 2019.
D’autres acteurs industriel actifs dans le pays, sont également impliqués dans la
production d’accessoires et équipements (BOS : Balance of System) utilisés dans les
21
Chapitre I : Généralité sur Les sources d’énergies renouvelables
installations solaires tels que les structures métalliques avec une capacité de 25.400
Tonnes/an (toutes sections confondues), ainsi que les cellules Moyenne Tension (MT)
avec 5000 Unités/an. Quant aux services, il y a lieu de noter la présence de quelques
entreprises d’installation pouvant assurer la fourniture et la pose de systèmes PV de
faibles puissances pour la génération d’électricité, le pompage solaire.
I.6 Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons abordé les énergies renouvelables, en commençant
par une introduction, suivie du contexte actuel dans lequel nous discutons des énergies
dans le monde, des énergies fossiles et des impacts environnementaux et sur la transition
de l'ère pétrolière à l'ère post-pétrole. Ensuite, nous avons défini les énergies
renouvelables et parlé brièvement de leurs différents types. Enfin, nous avons discuté en
Algérie de l'histoire et de l'état des énergies renouvelables et de l'efficacité énergétique.
22
Chapitre 2 : L’énergie éolienne
Chapitre II
L’énergie Eolienne
Chapitre 2 : L’énergie éolienne
Depuis l'utilisation du moulin à vent, la technologie des capteurs éoliens n'a cessé
d'évoluer. C'est au début des années quarante que de vrais prototypes d'éoliennes à
pales profilées ont été utilisés avec succès pour générer de l'électricité. Plusieurs
technologies sont utilisées pour capter l'énergie du vent (capteur à axe vertical ou à axe
horizontal) et les structures des capteurs sont de plus en plus performantes [07]. Outre
les caractéristiques mécaniques de l'éolienne, l'efficacité de la conversion de l'énergie
mécanique en énergie électrique est très importante. Là encore, de nombreux dispositifs
existent et, pour la plupart, ils utilisent des machines synchrones et asynchrones. Les
stratégies de commande de ces machines et leurs éventuelles interfaces de connexion au
réseau doivent permettent de capter un maximum d'énergie sur une plage de variation
de vitesse de vent la plus large possible, ceci dans le but d'améliorer la rentabilité des
installations éoliennes [09].
Les moulins à vent sont apparus en Europe un peu avant l'an 1000 en Grande-Bretagne et
se sont généralisés ensuite au XIIème siècle dans toute l'Europe. Ils étaient construits sur
le modèle des éoliennes à axe vertical.
23
Chapitre 2 : L’énergie éolienne
Les premières éoliennes ne font leur apparition véritablement qu'à la fin du XIXème
siècle, sous forme expérimentale. C'est Charles F. Bush qui conçoit ce dispositif en
premier pour alimenter sa maison en électricité, en 1888. L'éolienne fonctionne avec des
pales à axe vertical et plusieurs accumulateurs (batteries) pour stocker l'énergie produite.
Par la suite, le dispositif éolien de Charles F. Bush est repris par le Danois Poul La Cour qui
dessine plusieurs éoliennes industrielles dont une qui sera vendue en 72 exemplaires au
début du XXème siècle. Ces éoliennes visaient à produire de l'hydrogène en utilisant la
force du vent pour la convertir en énergie chimique par un processus d'électrolyse.
Pendant tout le XXème siècle, de nombreux essais seront réalisés. En 1957, Johannes Juul
crée une turbine qu'il appellera Gedser et qui sert encore aujourd'hui de modèle aux
éoliennes modernes. Aux États-Unis, en Grande-Bretagne et en France seront réalisées
des éoliennes dont la puissance pourra aller jusqu'à 1000 kW.
24
Chapitre 2 : L’énergie éolienne
25
Chapitre 2 : L’énergie éolienne
Ce type d'éolienne se distingue par un axe de rotation vertical par rapport au sol et
perpendiculaire à la direction du vent. La conception verticale offre l'avantage de mettre
le multiplicateur et la génératrice directement au sol, ce qui rend la maintenance du
système plus simple et donc économique [07], néanmoins cette solution impose que
l'éolienne fonctionne avec un vent proche du sol, moins fort qu'en hauteur car freiné par
le relief.
De par son axe vertical, il y a symétrie de révolution et le vent peut provenir de toutes les
directions sans avoir à orienter le rotor. Par contre, ce type d'éolienne ne peut pas
démarrer automatiquement, il faut la lancer dès l'apparition d'un vent suffisamment fort
pour permettre la production. La figure (II.3) montre trois modèles d'éoliennes à axe
vertical.
En ce qui concerne leur implantation, elles ont une emprise au sol plus importante que les
éoliennes à tour car elles sont haubanées sur de grandes distances. En effet, les câbles
des haubans doivent passer au-dessus des pales. Cela représente un inconvénient majeur
pour une implantation sur un site agricole par exemple.
26
Chapitre 2 : L’énergie éolienne
C'est de loin la structure la plus répandue de par sa faible emprise au sol et son efficacité
énergétique.
Ces éoliennes sont basées sur la technologie ancestrale des moulins à vent. Elles sont
constituées de plusieurs pales profilées aérodynamiquement à la manière des ailes
d'avion. Dans ce cas, la portance n'est pas utilisée pour maintenir un avion en vol mais
pour générer un couple moteur entraînant la rotation. Le nombre de pales utilisé pour la
production d'électricité varie classiquement entre 1 et 3, le rotor tripale étant le plus
utilisé car il constitue un compromis entre le coefficient de puissance, le coût et la vitesse
de rotation du capteur éolien [11].
Ces éoliennes captent le vent en hauteur et loin du sol ; à cette hauteur le vent est
beaucoup moins ralenti par le relief. A dimension d'hélice identique, on pourra produire
plus de puissance par le biais de cette structure par rapport aux éoliennes à axe vertical.
Un autre avantage, et non des moindres, est l'emprise au sol qui est très faible par
rapport aux éoliennes à axe vertical. Ici, seule la tour occupe de la place au sol et contient
généralement tous les systèmes de raccordement. Ainsi il n'est pas nécessaire de rajouter
un local électrique et l'emprise au sol est vraiment minimale. Les concepts abordés dans
la suite de cette étude se limiteront uniquement au cas des éoliennes à axe horizontal.
La tour (mât)
Permet de placer le rotor à une hauteur suffisante pour permettre son mouvement ou
placer ce rotor à une hauteur lui permettant d'être entraîné par un vent plus fort et
régulier qu'au niveau du sol. Le mât abrite généralement une partie des composants
électriques et électroniques (modulateur, commande, multiplicateur, générateur, etc.). Il
27
Chapitre 2 : L’énergie éolienne
est de conception différente selon les dimensions de l'éolienne et selon l'impact souhaité
sur le paysage. On rencontre les structures de mâts représentés dans la figure (II.5).
Figure II.5 Modèles de mâts d'éoliennes à axe horizontal ; a) Mât autoporteur, b) Mât en treillis, c)
Mât haubané.
Le rotor
Partie rotative de l'éolienne placée en hauteur afin de capter des vents forts et réguliers.
Il est composé de plusieurs pales (en général trois) en matériau composite qui sont mises
en mouvement par l'énergie cinétique du vent. Reliées par un moyeu, ces dernières
28
Chapitre 2 : L’énergie éolienne
La nacelle
Montée au sommet de la tour : composée d'un carter ou bâti qui enveloppe, protège et
relie entre elles l'ensemble des éléments mécaniques permettant de coupler le rotor
éolien au générateur électrique : arbres lent et rapide, roulements, multiplicateur.
Le moyeu
Un moyeu qui supporte les pales. Lorsqu'elles sont à pas variable, il comporte un
mécanisme permettant de faire varier l'angle d'attaque simultanément. On peut
également devoir ajuster l'angle des pales fixes, aussi on prévoit toujours une façon de
corriger l'installation des pales.
Le générateur électrique
Directement couplé à l'aéromoteur : dans le cas le plus simple, l'hélice est montée
directement sur l'axe du générateur électrique (génératrice synchrone);
Entrainé par un multiplicateur placé entre l'aéromoteur et le générateur
électrique (génératrice asynchrone).
Un système d'orientation
C'est un moteur électrique dans le cas des grandes éoliennes. Il permet à la
machine de présenter le rotor au vent quelle que soit sa direction. L'énergie
électrique produite est transmise de la partie orientable à la partie fixe de
l'aérogénérateur, solidaire du pylône support, par l'intermédiaire d'un dispositif à
collecteur associe au pivot ou d'un câble souple qu'il faut dé-torsader
périodiquement.
29
Chapitre 2 : L’énergie éolienne
Un arbre
Dit arbre lent entre le rotor et la boîte de vitesse et arbre rapide entre le
multiplicateur et la génératrice. C'est une pièce imposante car elle subit des
efforts élevés. Pour les éoliennes sans boite de vitesse (synchrones), il n'y a qu'un
arbre unique.
Un gouvernail
Pour les petites machines, dans le cas où l'hélice de la machine fonctionne “au
vent” ou des moteurs associés à une girouette et destinés à maintenir la machine
face au vent.
Un groupe hydraulique
Qui permet l'orientation des pales et de la nacelle ainsi que le pilotage des freins
aérodynamiques.
Un frein à disque
Placé sur l'arbre rapide permet l'immobilisation du rotor lors de la maintenance et
palier à une défaillance éventuelle du frein aérodynamique.
Armoire de couplage
Qui transforme l'énergie produite par l'éolienne pour l'injecter dans le réseau de
distribution ou charge.
Une girouette et un anémomètre
Situés sur la nacelle fournissent les informations nécessaires pour orienter
correctement l'éolienne de façon automatique.
La plupart des accidents survenus sur un aérogénérateur sont la cause d'un sous-freinage
de ces machines. On cherche donc à installer sur une éolienne au moins deux systèmes de
freinage afin de protéger le générateur électrique contre la surproduction et la surchauffe
et d'éviter une casse mécanique importante de l'éolienne elle-même [21].
31
Chapitre 2 : L’énergie éolienne
C'est le moyen le plus simple pour éviter la destruction d'une machine, lorsque le vent
atteint une certaine vitesse, un opérateur immobilise l'éolienne, cette immobilisation
peut être effectuée de plusieurs manières [20] :
À partir d'un certain niveau de vent, jugé excessif pour la sécurité mécanique de
l'éolienne, le gouvernail se replie progressivement et automatiquement en travers de
l'axe du vent. Non seulement il freine l'écoulement, ralentissant la vitesse, mais il
détourne l'éolienne de la perpendiculaire au vent. Celle-ci devient alors de moins en
moins efficace et sa vitesse ne peut augmenter même si le vent force.
Le pas variable
Le pas variable, aussi appelé "pitch control", est un système de régulation aérodynamique
actif.
31
Chapitre 2 : L’énergie éolienne
Ce système permet :
C'est le système le plus efficace car il permet une régulation constante et presque parfaite
de la rotation du générateur en bout de ligne [22].
Le pas fixe
Le pas fixe, aussi appelé "stall control", est un système de régulation aérodynamique
passif. Les pales de l'éolienne sont fixes par rapport au moyeu de l'éolienne. Ce système
empêche les pales, qui sont conçues spécialement pour subir des décrochages,
d'accélérer en utilisant l'effet Stall qui agit comme un frein par le décrochage
aérodynamique au niveau de la pale du rotor. En effet grâce à sa forme, la pale ne peut
plus accélérer même si le vent augmente [21].
Les volets
Les spoilers
Les spoilers sont encastrés dans le bord d'attaque des pales (freinage aérodynamique).
Chaque spoiler est maintenu dans son logement par un ressort de rappel et une masse
tarés individuellement en fonction de la position du spoiler sur le bord d'attaque de la
pale. À partir d'une certaine vitesse linéaire, la force centrifuge provoque l'éjection de
tous les spoilers au même moment modifiant ainsi le profil aérodynamique de la pale.
32
Chapitre 2 : L’énergie éolienne
Aussi appelé “active stall”, ce système est utilisé pour les éoliennes de fortes puissances,
il utilise les atouts de la régulation passive et de la régulation active afin de contrôler de
manière plus précise la production d'électricité.
33
Chapitre 2 : L’énergie éolienne
Le tableau II.1 illustre un comparatif simple entre les deux types de fonctionnement.
Le champ créé par la rotation du rotor doit tourner à la même vitesse que le champ
statorique. Autrement dit, si la génératrice est connectée au réseau, sa vitesse de rotation
doit être rigoureusement un sous multiple de la pulsation des courants statoriques.
34
Chapitre 2 : L’énergie éolienne
L'adaptation de cette machine à un système éolien pose des problèmes pour maintenir la
vitesse de rotation de l'éolienne strictement fixe et pour synchroniser la machine avec le
réseau lors des phases de connexion. Pour ces raisons, on place systématiquement une
interface électronique de puissance entre le stator de la machine et le réseau ce qui
permet d'autoriser un fonctionnement à vitesse variable dans une large plage de variation
[13], [14].
b. Avantages et inconvénients
Avantages inconvinients
Contrairement à une éolienne à vitesse fixe, les tensions et les fréquences à la sortie de la
génératrice ne sont plus imposées par le réseau, ce qui permet de réguler la vitesse de
l'éolienne. La commande de l'onduleur permet de garder constante la tension du bus
continu.
b. Avantages et inconvénients
35
Chapitre 2 : L’énergie éolienne
Avantages inconvinients
b. Avantages et inconvénients
Avantages inconvinients
36
Chapitre 2 : L’énergie éolienne
Figure II.8 Eolienne utilisant une génératrice asynchrone à double alimentation (GADA).
Ceci a déjà provoqué une augmentation de la température de 0,3 à 0,6° C depuis 1900
et les scientifiques prévoient que la température moyenne augmentera de 1 à 3,5° C
d'ici l'an 2100, ce qui constituerait le taux de réchauffement le plus grand des 10000
dernières années.
37
Chapitre 2 : L’énergie éolienne
Ceux-ci fournissent de l'énergie même lorsque que l'on n'en a pas besoin, entraînant
ainsi d'importantes pertes et par conséquent un mauvais rendement énergétique.
C'est une source d'énergie locale qui répond aux besoins locaux en énergie. Ainsi
les pertes en lignes dues aux longs transports d'énergie sont moindres.
Cette source d'énergie peut de plus stimuler l'économie locale, notamment dans
les zones rurales.
C'est l'énergie la moins chère entre les énergies renouvelables.
Cette source d'énergie est également très intéressante pour les pays en voie de
développement. Elle répond au besoin urgent d'énergie qu'ont ces pays pour se
développer. L'installation d'un parc ou d'une turbine éolienne est relativement
simple.
L'énergie éolienne crée plus d'emplois par unité d'électricité produite que
n'importe quelle source d'énergie traditionnelle.
38
Chapitre 2 : L’énergie éolienne
L'impact sur les oiseaux : certaines études montrent que ceux-ci évitent les
aérogénérateurs. D'autres études disent que les sites éoliens ne doivent pas être
implantés sur les parcours migratoires des oiseaux, afin que ceux-ci ne se fassent
pas attraper par les aéroturbines [29].
La qualité de la puissance électrique : la source d'énergie éolienne étant
stochastique, la puissance électrique produite par les aérogénérateurs n'est pas
constante.
La qualité de la puissance produite n'est donc pas toujours très bonne.
Jusqu'à présent, le pourcentage de ce type d'énergie dans le réseau était faible,
mais avec le développement de l'éolien, notamment dans les régions à fort
potentiel de vent, ce pourcentage n'est plus négligeable. Ainsi, l'influence de la
qualité de la puissance produite par les aérogénérateurs augmente et par suite,
les contraintes des gérants du réseau électrique sont de plus en plus strictes.
Le coût de l'énergie éolienne par rapport aux sources d'énergie classiques : bien
qu'en terme de coût, l'éolien puisse sur les meilleurs sites, c'est à dire là où il y a le
plus de vent, concurrencer la plupart des sources d'énergie classique, son coût
reste encore plus élevé que celui des sources classiques sur les sites moins ventés
[15].
II.6 Conclusion
Dans ce chapitre, nous discutons de l'énergie éolienne, en commençant par une
introduction suivie d'une description des éoliennes contenant l'historique, la description,
les types et les principaux composants des éoliennes. Vient ensuite le système de
protection et de régulation des éoliennes avec deux systèmes, le premier à freinage
manuel et le second à freinage automatique. Ensuite, nous avons discuté des éoliennes à
vitesse variable. Enfin, nous avons évoqué les avantages et les inconvénients de l'énergie
éolienne.
39
Chapitre 3 : Intégration de l’éolienne dans un réseau électrique
Chapitre III
Selon chaque pays, compte tenu des impacts que peuvent avoir les moyens de production
sur les réseaux, des conditions techniques spécifiques de raccordement sont reconnus par
codes de distribution [16].
Si la ligne HTA est trop faible pour le parc éolien, elle peut être connectée au jeu de
barres HTA de la sous-station HTB / HTA la plus proche par sa propre ligne (puissance
transmissible de 10 à 40 MW).
Parc éolien connecté au jeu de Barres HTB dans la sous-station HTB / HTA la plus
proche par une ligne propre avec son propre transformateur HTB / HTA (puissance
transmissible - jusqu'à 100 MW).
Quelle que soit la méthode de connexion, l’éolienne introduit dans le réseau plus ou
moins de variations de puissance. Généralement la solution la plus courante est la
connexion en moyenne tension (HTA), qui génère la plupart des interférences [31].
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Chapitre 3 : Intégration de l’éolienne dans un réseau électrique
Figure III.1 Illustration des configurations de raccordement (a) en départ mixte (b) en départ
direct.
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Chapitre 3 : Intégration de l’éolienne dans un réseau électrique
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Chapitre 3 : Intégration de l’éolienne dans un réseau électrique
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Chapitre 3 : Intégration de l’éolienne dans un réseau électrique
Alors que nous nous déplaçons vers la droite, il y a un transformateur triphasé à deux
enroulements avec un arrangement Yg-Yn. Il a une puissance nominale de 50 kVA avec un
côté primaire à 25 kV et un côté secondaire à 400 V [18].
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Chapitre 3 : Intégration de l’éolienne dans un réseau électrique
Figure III.6 L'entrée de trois phases et La sortie de l'éolienne dans le modèle de turbine.
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Chapitre 3 : Intégration de l’éolienne dans un réseau électrique
Transformateur triphasé
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Chapitre 3 : Intégration de l’éolienne dans un réseau électrique
Charge triphasée qui est utilisé comme une batterie condensateur pour injecter 4 kVar
L’Étape utilisé pour donner une entrée de vitesse de vent variant de 8 à 12 m/s.
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Chapitre 3 : Intégration de l’éolienne dans un réseau électrique
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Chapitre 3 : Intégration de l’éolienne dans un réseau électrique
Le premier graphe présent la vitesse (v) du vent qui a été en premier temps à un niveau
stable avec une valeur de 8 m/s jusqu’ au second 5 s, en ce moment cette dernière
commence à augmenter d’une façon linière jusqu’ à la valeur 12 m/s au moment 9 s, après
ce moment reste stable jusqu’ à la fin.
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Chapitre 3 : Intégration de l’éolienne dans un réseau électrique
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Chapitre 3 : Intégration de l’éolienne dans un réseau électrique
Figure III.12 Le changement de la puissance (p) active produite par le générateur éolien.
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Chapitre 3 : Intégration de l’éolienne dans un réseau électrique
Le sixième graphe explique la variation de la valeur d’ongle de tangage qui reste stable à
la valeur 0 deg.
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Chapitre 3 : Intégration de l’éolienne dans un réseau électrique
Tableau III.1 La différence entre les valeurs de puissance avant et après l'intégration de l'énergie
éolienne dans le réseau électrique.
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Chapitre 3 : Intégration de l’éolienne dans un réseau électrique
Figure III.17 La différence entre les valeurs de la portée avant et après l'intégration de l'énergie
éolienne dans le réseau électrique.
III.8.1 La différence de valeur de PU volt avant et après l'énergie éolienne est intégrée
au réseau électrique.
A travers le tableau et le graphique précédents qui montrent la différence de la valeur du
PU volt avant et après l'intégration de l'énergie éolienne dans le réseau électrique,
comme aux deux instants Bus5 et Bus6, on constate un défaut et une diminution de la
valeur du PU volt aux valeurs 0.68 V et 0.89 V. Après l’intégration de l'énergie éolienne
dans le réseau électrique, nous constatons une augmentation de la valeur de PU volt
après qu'elle a été réduite à une valeur de 0.92V et 0.95 V et revenue à la valeur
d'origine, et donc la diminution de PU volt a été compensée par le vent l'énergie après
son intégration dans le réseau électrique.
Tableau III.2 La différence entre les valeurs de perte de (MW loss) et après l'intégration de
l'énergie éolienne dans le réseau électrique.
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Chapitre 3 : Intégration de l’éolienne dans un réseau électrique
Figure III.18 La différence entre les valeurs de perte de (MW loss) avant et après l'intégration de
l'énergie éolienne dans le réseau électrique.
Tableau III.3 La différence entre les valeurs de perte (Mvar loss) avant et après l'intégration de
l'énergie éolienne dans le réseau électrique.
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Chapitre 3 : Intégration de l’éolienne dans un réseau électrique
Figure III.19 La différence entre les valeurs de perte de (Mvar loss) avant et après l'intégration de
l'énergie éolienne dans le réseau électrique.
III.8.3 La différence de valeur de la perte de Mvar avant et après l'énergie éolienne est
intégrée au réseau électrique.
A travers le tableau et les histogrammes qui montrent la différence de la valeur de la
perte Mvar avant et après l'intégration de l'énergie éolienne dans le réseau électrique, où
aux deux instants 4Bus5 et 4Bus6, on constate une augmentation des pertes atteignant -
0.69 Mvar et -4.86 Mvar. Après intégration de l'énergie éolienne dans le réseau
électrique, on constate une diminution de la perte à la valeur de -10.26 Mvar et -13.61
Mvar et son retour à la valeur d'origine, et donc la perte a été compensée par l'énergie
éolienne après son intégration dans le réseau électrique.
III.9 Conclusion
Dans ce chapitre on a visualisé les résultats des simulations effectuées sur notre système,
ces résultats montrent l’avantage de l’intégration d’un système éolien dans un réseau
électrique. Tout en surmonte les différentes contraintes liées à cette démarche.
La puissance délivrée par le générateur éolien dépend de la vitesse du vent au niveau de
la surface balayé par les pales de l’éolienne. Les résultats de la simulation correspondent
aux résultats espérés, et montrent qu’il y a concordance avec ceux rencontrés dans de la
littérature.
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Conclusion Générale
Conclusion Générale
Conclusion générale
Conclusion Générale
Dans le premier chapitre, nous avons donné des généralités sur l’énergie renouvelables
ainsi les différentes notions de bases utilises dans ce demains. Une brève historique et état
des lieux des énergies renouvelables notamment de la politique énergétique en Algérie.
Dans le deuxième chapitre, nous avons mené à bien discuter de l'énergie éolienne, une
description des éoliennes contenant l'historique, la description, les types et les principaux
composants des éoliennes. Vient ensuite le système de protection et de régulation des
éoliennes avec deux systèmes, le freinage manuel et automatique. Ensuite, nous avons
discuté des éoliennes à vitesse variable. Enfin, nous avons évoqué les avantages et les
inconvénients de l'énergie éolienne.
Le chapitre III a porté sur les conditions de raccordement d’éolienne dans les réseaux
électriques ainsi leur impact suivi par les résultats de simulation obtenus avec
l’interprétation de différents courbes, les résultats obtenus montrent clairement que
la stratégie proposée permet de maintenir le système opérationnel à tout moment,
d’augmenter la fiabilité, de réduire les effets indésirable lors d’intégration d’éolienne dans
le réseau électrique. Les travaux de recherche rapportés dans ce mémoire avec des résultats
validés en simulation sur MATLAB/Simulink seraient certainement considérés comme un
développement remarquable dans le domaine des réseaux électriques et dans la technologie
des énergies renouvelables.
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Bibliographie
Bibliographie
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Résumé
Résumé
Le fort développement qu’a connu l’énergie électrique en générale et l’énergie éolienne
en particulier cette dernière décennie à l‘échelle internationale devient un vrai challenge.
Cette croissance a été rendue possible grâce à divers facteurs qui ont guidés les volontés de
politique énergétique en faveur de cette énergie. La principale caractéristique du vent réside
dans sa variabilité. Il est donc important d’évaluer l’impact d’intégration des fermes
éoliennes dans les réseaux électriques.
ملخص
أصبح التطور الكبير الذي شهدته الطاقة الكهربائية بشكل عام وطاقة الرياح بشكل خاص خالل العقد الماضي على
أصبح هذا النمو ممكنًا بفضل العوامل المختلفة التي وجهت إرادة سياسة الطاقة لصالح هذه.المستوى الدولي تحديًا حقيقيًا
. لذلك من المهم تقييم تأثير دمج مزارع الرياح في الشبكات الكهربائية. السمة الرئيسية للرياح هي تقلبها.الطاقة
يهدف هذا العمل الى سرد الحالة العامة في، بعد تذكير بالمفاهيم العامة حول الطاقة المتجددة وتشغيل أنظمة طاقة الرياح
، توربينات الرياح في نظام الطاقة الكهربائية.دمج طاقة الرياح في الشبكات الكهربائية باإلضافة إلى تأثير مزرعة الرياح
تتكون.)PowerWorld ومحاكاةMatlab في بيئةSimulink واستقرار الجهد؛ يتم إجراء هذا التحليل باستخدام برنامج
من أجل دراسة السلوك والقيود التي يتم، عمليات المحاكاة التي تم إجراؤها من نمذجة تقنيات توليد الرياح المختلفة
.مواجهتها عند دمج توربينات الرياح في شبكة كهربائية