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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Types d'éoliennes. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Les éoliennes peuvent être connectées au réseau et transmettre l'énergie générée au réseau électrique local, ou elles peuvent être autonomes, lorsque le consommateur se trouve à proximité de l'éolienne. Systèmes d'alimentation électrique autonomes Tout système autonome, y compris éolien-électrique, fonctionne indépendamment du réseau d'alimentation électrique centralisé. Dans ces conditions, une éolienne peut fonctionner de manière indépendante, être utilisée comme secours à tout autre générateur ou être utilisée en combinaison avec d’autres centrales électriques en tant que composant d’un système d’alimentation électrique combiné. De tels systèmes sont utilisés pour extraire l’eau ou pour fournir de l’électricité aux maisons, aux fermes ou aux locaux de petites entreprises. En règle générale, les éoliennes autonomes de faible puissance génèrent du courant continu pour charger la batterie. Le système contient un onduleur pour convertir le courant continu en courant alternatif avec une tension de 230 V. Actuellement, de telles centrales éoliennes d'une puissance allant jusqu'à 0,5 kW se sont répandues en Russie. Des prototypes d'éoliennes d'une puissance de 2,5 ont été développés et sont utilisés ; 5 ; 8 et 10 kW. Les systèmes plus importants, tels que ceux utilisés pour alimenter plusieurs sites, génèrent généralement du courant alternatif. En Russie, il existe de nombreuses années d'expérience positive dans l'utilisation d'éoliennes élévatrices d'eau sur les pâturages des zones steppiques ou désertiques sans utilisation de batteries ni de sources d'énergie de secours (centrales à essence ou diesel). L'orientation prioritaire du développement de l'énergie éolienne en Russie dans un avenir proche sera l'utilisation autonome d'éoliennes de petite et moyenne taille dans les régions reculées de l'Extrême-Nord, car C'est là que sont concentrées les principales ressources éoliennes du pays, la densité de population est faible, il n'y a pas de grands réseaux électriques et il existe environ 17 1996 petites agglomérations où il est conseillé d'utiliser des parcs éoliens à des fins d'approvisionnement énergétique. En 1998-10 Les premières éoliennes autonomes d'une capacité de XNUMX kW ont été installées dans les régions de Mourmansk et d'Arkhangelsk. De toute évidence, le facteur clé déterminant le choix entre l'utilisation d'un système énergétique autonome et l'installation de lignes de transport d'électricité (PTL) depuis l'installation jusqu'aux réseaux centralisés d'approvisionnement en énergie est la compétitivité des caractéristiques de coût des éoliennes par rapport au raccordement au réseau. réseau. Système énergétique hybride Un système énergétique hybride implique l'utilisation d'éoliennes en conjonction avec d'autres sources d'énergie (générateur diesel, modules solaires, microcentrales hydroélectriques, etc.). Ces sources d'énergie complètent les éoliennes pour assurer une alimentation électrique ininterrompue au consommateur par temps calme. Systèmes éoliens-diesel Le système éolien-diesel se compose d'une éolienne et d'un système diesel-électrique (DES) avec des capacités sélectionnées de manière optimale. Généralement, un générateur diesel est utilisé en combinaison avec une éolienne lorsque le but de l'utilisation de cette dernière est d'économiser du carburant diesel, dont le coût, compte tenu des frais de livraison, peut être très élevé. Le rapport de puissance des composants du système dépend du modèle de génération de charge et des ressources éoliennes. Le mode de fonctionnement parallèle simultané des éoliennes et des centrales diesel est évalué comme un moyen insuffisamment efficace d'utiliser les éoliennes, car la part de l'éolienne dans le système en termes de puissance ne doit pas dépasser 15 à 20 % de la puissance de le générateur diesel. De tels modes peuvent être utilisés pour économiser du carburant dans les installations hybrides de haute puissance. L'utilisation du mode de fonctionnement séparé des éoliennes et des centrales diesel permet d'augmenter la part de participation d'une éolienne à 50-60 % ou plus. Cependant, dans ce cas, la complexité du système est inévitable en raison de la nécessité d'introduire un système de contrôle, un équipement d'onduleur et des batteries qui accumulent l'énergie générée par l'éolienne aux vitesses de vent de fonctionnement pour alimenter la charge par temps calme ou à basse température. vitesses du vent. Dans la mesure du possible, l'énergie est obtenue à partir de l'éolienne et les batteries sont rechargées en permanence. Pendant les périodes de vent calme, lorsque la charge de la batterie descend en dessous d'un certain niveau, un générateur diesel est automatiquement (ou manuellement) démarré pour fournir de l'énergie aux consommateurs. Ce mode réduit considérablement le nombre de démarrages du générateur diesel et, par conséquent, entraîne une réduction des coûts de maintenance et de carburant. Les systèmes éoliens-diesel de ce type sont actuellement utilisés dans les régions d'Arkhangelsk et de Mourmansk en Russie. Des systèmes hybrides éolien-diesel d'une puissance de 2 à 500 kW, de conceptions et d'usages divers, sont actuellement testés, développés ou prévus pour être mis en œuvre dans le cadre du programme fédéral "Approvisionnement en énergie des territoires éloignés de l'Extrême-Nord de la Fédération de Russie". . En règle générale, ces systèmes hybrides sont conçus pour fournir une alimentation électrique fiable aux consommateurs autonomes tout en économisant du carburant liquide. Les grandes centrales électriques hybrides devraient fonctionner pour le réseau local des villages du Nord. L’utilisation d’un système éolien-diesel moderne, en accordant une attention particulière à l’entretien de routine, peut s’avérer très rentable s’il existe des ressources éoliennes suffisantes dans la zone où l’éolienne est installée. Systèmes éoliens-solaires L'énergie électrique peut être obtenue en convertissant le rayonnement solaire avec des batteries photovoltaïques (PV). Malgré le coût actuellement assez élevé des FB, leur utilisation en conjonction avec des éoliennes peut s'avérer efficace dans certains cas. Comme il existe un potentiel éolien important en hiver et qu'en été, par temps clair, l'effet maximum peut être obtenu en utilisant FB, la combinaison de ces ressources s'avère bénéfique pour le consommateur. Utilisation d'éoliennes en conjonction avec des microcentrales hydroélectriques Les éoliennes peuvent être utilisées en combinaison avec des centrales microhydroélectriques dotées d’un réservoir d’eau. Dans de tels systèmes, en présence de vent, une éolienne alimente la charge et l'énergie excédentaire est utilisée pour pomper l'eau de l'aval vers l'amont. Pendant les périodes de vent calme, l'énergie est produite par des centrales microhydroélectriques. De tels projets sont particulièrement efficaces lorsque les ressources hydroélectriques sont limitées. Installations connectées au réseau Les éoliennes connectées au réseau impliquent une connexion à tout réseau énergétique existant qui alimente l'éolienne en puissance active et réactive pour assurer le démarrage, le fonctionnement et le contrôle de l'éolienne. Cela signifie que l’électricité produite par l’éolienne est directement injectée dans le réseau. Les éoliennes commencent à produire de l'énergie à une certaine vitesse du vent - généralement environ 4 m/s pour la plupart des installations modernes. Le courant d'excitation est prélevé sur le réseau et utilisé pour synchroniser le générateur éolien. Cela signifie que si le réseau est déconnecté, l’éolienne ne peut pas produire d’énergie. Des éoliennes connectées au réseau sont installées dans des zones disposant de bonnes ressources en énergie éolienne pour produire de l'électricité destinée à la vente aux sociétés énergétiques. Un groupe de telles éoliennes constitue ce que l'on appelle un « parc éolien ». Un parc éolien est un complexe d’éoliennes, souvent installées en rangées perpendiculaires à la direction du vent dominant. Lors du développement d'un tel projet, il est nécessaire de prendre en compte la disponibilité de routes pour accéder aux unités, aux sous-stations et aux systèmes de surveillance et de contrôle. En règle générale, un terrain alloué à un parc éolien est également utilisé à d’autres fins, comme l’agriculture. En règle générale, les parcs éoliens utilisent de grandes éoliennes d'une capacité de 200 kW à 1,5 MW et plus. Dans ce cas, la puissance totale d’un parc éolien peut atteindre des dizaines, voire des centaines de mégawatts. Dans l’État de Californie (États-Unis), par exemple, les parcs éoliens produisent suffisamment d’électricité pour répondre aux besoins énergétiques d’une grande ville comme San Francisco pendant un an. Ce type de système est de plus en plus populaire dans les pays européens où, selon le protocole de Kyoto, l'objectif de réduction des émissions de gaz à effet de serre est fixé. Des entreprises ou des particuliers installent une ou plusieurs grandes éoliennes et, en les connectant au réseau électrique, vendent de l'électricité aux sociétés énergétiques, réalisant ainsi un bon profit. Dans les cas où l'énergie est dépensée directement pour les besoins de production et, en même temps, l'énergie générée par les éoliennes ne suffit pas, il est possible de l'obtenir à partir du réseau. Si l’éolienne fournit entièrement à la production l’électricité nécessaire en cas de surplus, alors l’énergie excédentaire est fournie au réseau. Raccordement de l'éolienne au réseau électrique Si vous souhaitez connecter une éolienne à un réseau énergétique centralisé, vous devez savoir si le réseau dispose de suffisamment de puissance pour recevoir l'énergie de l'éolienne. Pour ce faire, vous devez contacter votre fournisseur d'électricité local. En fonction de la puissance du réseau électrique, la puissance de l'éolienne est sélectionnée. En règle générale, la puissance maximale d’une éolienne ne doit pas dépasser 20 % de la capacité du système électrique. Ceci est nécessaire pour maintenir la stabilité du système et les paramètres de fréquence et de tension dans le réseau d'alimentation électrique. Le coût de raccordement d’une éolienne au réseau énergétique Le coût du raccordement au réseau électrique dépend de son emplacement et de sa puissance. Évidemment, le coût du raccordement sera plus élevé si la puissance du réseau est insuffisante, puisqu'il faudra augmenter la puissance du réseau électrique, ce qui peut ne pas être techniquement réalisable. Dans ce cas, le raccordement de l’éolienne au réseau sera refusé. Les règles de raccordement au réseau électrique varient selon les pays. De nombreuses questions peuvent être répondues en contactant votre compagnie d’électricité locale. Auteurs : Kargiev V.M., Martirosov S.N. et etc.
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