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TP ENERGIE n1 :

ETUDE D'UNE CHAINE ENERGETIQUE

DIMENSIONNEMENT D'UNE MINI EOLIENNE

Septembre Octobre Novembre Dcembre Janvier

Rapport au programme : 1.1 Energie et puissance

Bilan nergtique - Chane nergtique

Rendement (efficacit)

1.2 Conversion d'nergie

Production de l'nergie lectrique

Conversion de l'nergie lectrique

Stockage de l'nergie

PRESENTATION

La socit "TOUTPARNET" installe dans la rgion Nord-Pas de Calais

dveloppe une multitude de services par internet.

Leur dernier projet est d'implanter en plusieurs lieux de la rgion, des

stations mtorologiques qui fourniraient aux abonns, en temps rel,

toutes les informations concernant les conditions climatiques.

PROBLEMATIQUE

Technicien conception dans cette socit, vous avez en charge de choisir

la source d'nergie lectrique ncessaire l'auto-alimentation de la

station.

Aprs une tude comparative des dures de production du photovoltaque et de l'olien dans la

rgion, vous tudierez la chaine nergtique afin de dimensionner au mieux le dispositif retenu.

C1 : Sapproprier C2 : Analyser C3 : Raliser C4 : Valider

C5 : Communiquer

C6 : Etre automne et faire

preuve dinitiative

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APPROPRIATION

1. En vous aidant des tableaux fournis en annexe, justifier le choix de l'olien. A quelle grandeur physique fait-on rfrence en multipliant la puissance produite par la dure

de production annuelle ?

2. Quel est le souci pos par l'intermittence de la production ? Comment pallier cela ?

3. La solution retenue pour ce problme d'intermittence, est d'utiliser des batteries d'accumulateurs. Celles-ci devront :

Etre fonctionnelles hiver comme t ;

Accepter un nombre maximal de charges et de dcharges ;

Occuper le volume le plus faible possible.

Pour quelle technologie opter ?

Les batteries d'accumulateurs devront dlivrer 48V continu. Combien d'lments faut-il

associer en srie pour cela ?

4. La station mtorologique sera constitue :

Les instruments de mesure proprement dits (anmomtre, baromtre, pluviomtre, thermomtre ...) consommant une puissance lectrique nominale de 250W ;

Une unit de supervision, associe une camra de surveillance consommant une puissance lectrique nominale de 350W ;

Une unit de transmission-rception des informations et commandes consommant une puissance lectrique nominale de 120W ;

Le chargeur et les batteries consommeront une puissance maximale de 300W.

Dterminer la puissance lectrique ncessaire au fonctionnement de la station. L'olienne

devra-t-elle fournir cette mme puissance ? Justifier votre rponse.

5. Quel dispositif est ncessaire pour alimenter l'ensemble de l'appareillage lectrique en courant alternatif en l'absence de vent, et donc partir des batteries ?

Ce dispositif tant quasi idal (rendement unitaire), estimer le volume minimal de batterie

ncessaire pour faire fonctionner le dispositif complet pendant 4 heures.

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L'tude exprimentale sera faite partir du logiciel de simulation PSIM. Les schmas de

simulations seront partiellement fournis.

1. Afin d'tudier la puissance et pour une inclinaison optimale des ples

public/Sciences physiques)

Proposer un protocole pour dterminer la puissance dlivre par

vitesse du vent (0 < v < 25m.s

couple maintenu sa valeur nominal

(0 < pitch(p)

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3. Reprsenter la chane nergtique complte du systme, la grandeur d'entrpuissance fournie par le

chacun des constituants de l'installation

La puissance dlivre par le vent tant donne par

S : Surface balaye par les ples mesurant 3m de diamtre dans notre cas (en m

v : vitesse du vent en m.s-1

Quels sont les mesures et/ou les calculs

nergtique, en indiquant

transformation, et les rendements des

1. Effectuez les essais permettant de relever la puissance mcanique dveloppe en fonction de la vitesse du vent.

Dressez un tableau de mesures, donnant en fonction de la vitesse du vent, la puissance

mcanique dveloppe et l'inclinaison optimale des ples.

2. A partir du schma permettant l'tude de la chane nergtique, lancer la simulation (cliquer "show probe's value during simulation" dans les blocs de mesure et "run free" dans simulation

control) puis modifier le rapp

1500tr.min-1

.

Effectuez les essais permettant de rpondre la problmatique, c'est dire chiffrer la

puissance mcanique ncessaire,

1. Donner la vitesse du vent partir de laquelle l'olien dveloppe sa puissance mcanique nominale.

Que faire, si la vitesse du vent est infrieure ce seuil pendant plus de 4 heures ?

2. Donner le rendement global de l'installation, et la puissance mcanique nfonctionnement de l'appareillage complet

Ci-dessous, sont fournies

NHEOLIS. Proposer, en argumentant, un choix d'olienne.

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Reprsenter la chane nergtique complte du systme, la grandeur d'entr

vent, la grandeur de sortie tant la puissance lectrique fournie

hacun des constituants de l'installation.

La puissance dlivre par le vent tant donne par la relation de Betz :

Pvent = 0,363.S.v3

S : Surface balaye par les ples mesurant 3m de diamtre dans notre cas (en m

1, la vitesse de rfrence sera choisie 10m.s

les mesures et/ou les calculs effectuer pour complter

nergtique, en indiquant toutes les puissances intermdiaires qui rsultent d'une

transformation, et les rendements des diffrents convertisseurs.

REALISER

Effectuez les essais permettant de relever la puissance mcanique dveloppe en fonction de

Dressez un tableau de mesures, donnant en fonction de la vitesse du vent, la puissance

et l'inclinaison optimale des ples.

schma permettant l'tude de la chane nergtique, lancer la simulation (cliquer

"show probe's value during simulation" dans les blocs de mesure et "run free" dans simulation

control) puis modifier le rapport de la gear box pour obtenir une vitesse de rotation de

Effectuez les essais permettant de rpondre la problmatique, c'est dire chiffrer la

puissance mcanique ncessaire, puis complter la chane nergtique

VALIDER, COMMUNIQUER

ner la vitesse du vent partir de laquelle l'olien dveloppe sa puissance mcanique

Que faire, si la vitesse du vent est infrieure ce seuil pendant plus de 4 heures ?

Donner le rendement global de l'installation, et la puissance mcanique n

fonctionnement de l'appareillage complet.

les caractristiques de quelques modles d'olienne fabrique par

. Proposer, en argumentant, un choix d'olienne.

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Reprsenter la chane nergtique complte du systme, la grandeur d'entre tant la

la puissance lectrique fournie

:

S : Surface balaye par les ples mesurant 3m de diamtre dans notre cas (en m2) ;

, la vitesse de rfrence sera choisie 10m.s1 ;

pour complter la chane

toutes les puissances intermdiaires qui rsultent d'une

Effectuez les essais permettant de relever la puissance mcanique dveloppe en fonction de

Dressez un tableau de mesures, donnant en fonction de la vitesse du vent, la puissance

schma permettant l'tude de la chane nergtique, lancer la simulation (cliquer

"show probe's value during simulation" dans les blocs de mesure et "run free" dans simulation

ort de la gear box pour obtenir une vitesse de rotation de

Effectuez les essais permettant de rpondre la problmatique, c'est dire chiffrer la

complter la chane nergtique.

ner la vitesse du vent partir de laquelle l'olien dveloppe sa puissance mcanique

Que faire, si la vitesse du vent est infrieure ce seuil pendant plus de 4 heures ?

Donner le rendement global de l'installation, et la puissance mcanique ncessaire pour le

modles d'olienne fabrique par

V

W/kWh

kWhW

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PU

ISS

AN

CE

GE

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RA

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ICE

(W)

VIT

ES

SE

DE

RO

TA

TIO

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ES

PA

LES

(tr

.min

-1)

NH1000 1000 480 1200

NH1500 1500 600 1500

NHT1300 1300 600 1000

NHT1800 1800 600 1500

Frdric

VIT

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SE

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.min

-1)

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C)

TY

PE

DE

FR

EIN

1200 1,5 -20 60C MECANIQUE

1500 2,4 -20 60C ELECTROMAGNETIQUE

1000 2.2 -5 40C MECANIQUE

1500 2.5 -5 40C ELECTROMAGNETIQUE

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PR

IX H

.T

MECANIQUE 7200

ELECTROMAGNETIQUE 8400

MECANIQUE 8100

ELECTROMAGNETIQUE 9300

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ANNEXE

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