Dimensionnement d'une eolienne ( partie 1 )

Le dimensionnement d’une éolienne est un problème complexe puisqu’on est confronté à des choix technologiques (générateurs, pales, etc.) et à des contraintes environnementales (terre, etc. ). Il apparaît donc un besoin d’une aide automatique au dimensionnement.

Dans ce contexte, un premier groupe de trois étudiants (Maîtrise) s’est attelé à la réalisation d’une première ébauche d’un logiciel de prototypage d’éoliennes sous Matlab/Simulink.

Vue éclatée de la nacelle d’une éolienne

Type de parc éolien

Modèle sous Simulink:

Le modèle réalisé sous Simulink pour simuler le fonctionnement d'une éolienne . Apparaissent en vert les composants liés à l'environnement extérieur, en rouge les paramètres propres à l'éolienne. Les autres couleurs représentent des sous systèmes créés pour modéliser les différentes équations régissant le fonctionnement d'une éolienne.

Simulation du fonctionnement d’une éolienne.

Développement d’un GUI :

Un GUI traduit littéralement Graphical User Interfaces. Il a pour objectif de créer des interfaces graphiques permettant de simplifier l’utilisation d’une application. Cette application est décrite par des lignes de codes sous Matlab et un fichier Simulink. L’interface réalisée avec cet outil, propre au logiciel de développement Matlab/Simulink®, est très proche de celle de Microsoft Windows afin de faciliter la prise en main par l’utilisateur. Ainsi, on y retrouve tous les éléments d’une fenêtre classique (boutons, menus déroulants, etc.).

Les informations introduites dans le GUI sont les caractéristiques, entre autres, de :

– L’éolienne. On y trouve des données sur le rotor (diamètre, aire balayée, nombre de pales, vitesse) et aussi sur la hauteur du mât .

– La génératrice. Le type de génératrice, la fréquence de sortie, la tension de sortie et la puissance nominale (et éventuellement la puissance maximale) et autant de données qu’il est possible de trouver.

– Le multiplicateur. Le rapport d’engrenage.

– L’environnement. La vitesse du vent, la température de l’air, la masse molaire de l’air et l’altitude.

Caractéristiques extérieures d’une éolienne

L’approche retenue est de donner à l’utilisateur deux choix possibles pour le prototypage de son éolienne. Ainsi, il est possible de dimensionner une éolienne à partir des données caractéristiques fournies par des constructeurs. L’utilisateur peut alors rapidement évaluer l’énergie produite par l’éolienne choisie. Le deuxième choix proposé, est de créer une éolienne personnalisée en définissant ses caractéristiques. Dans les deux cas, une fois les paramètres entrés, il est possible de simuler le fonctionnement de l’éolienne par l’intermédiaire d’une autre fenêtre. Cette dernière représente l’environnement de la simulation et indique clairement à quoi correspond chaque valeur qui modélise l’éolienne. De plus, toujours dans cette fenêtre, il est possible de représenter graphiquement certaines relations comme l’évolution de la puissance fournie en fonction de la vitesse du vent ou bien de représenter la simulation du point de vue de Simulink.

Menu d’entrée du logiciel

Menu personnalisé

Menu données environnementales

Après la simulation, l’utilisateur disposera des informations ou résultats suivants.

Les puissances d'entrée du site :

– Puissance d'entrée ;

– Puissance d’entrée maximale ;

– Vitesse moyenne au moyeu.

Les puissances de sortie de l'éolienne :

– Puissance utile récupérable par l’éolienne ;

– Puissance mécanique transmise à la génératrice ;

– Puissance totale transmise au réseau sur une année ;

– Facteur de capacité.

Les courbes suivantes :

– Courbe de puissance de l’éolienne ;

– Densité de puissance du vent ;

– Densité de puissance utile ;

– Coefficient de puissance.

Fenêtre de simulation