2. Etude théorique d’une éolienne –l’aérodynamique des éoliennes: la portance
- profil d’aile 2D.
- Bord d’attaque et bord de fuite
- La corde
- L’angle d’attaque α
- L’extrados
- L’intradosOn analyse les phénomènes physiques au moyen d’un profil d’aile 2D. Ce profil est constitué d’un bord d’attaque et d’un bord de fuite. Ces deux bords sont reliés grâce à la corde. Celle-ci varie le long de la pale. L’angle entre la corde et la vitesse du vent V est appelé l’angle d’attaque. L’extrados est la partie du profil orientée vers le haut. L’intrados est celle orientée vers le bas.
2.1 Etude théorique d’une éolienne – l’aérodynamique des éoliennes: la portance 🔳 L’aile fait accélérer l’écoulement du côté de l’extrados🔳 Cela entraîne une diminution de pression 🔳 C’est l’effet inverse du côté de l’intrados🔳 Il en résulte une force orientée vers le haut🔳 Cette force est fonction de l’angle d’attaque🔳 La limite à ce raisonnement est le décrochage
2.2 Etude théorique d’une éolienne –l’aérodynamique des éoliennes: le décrochage
A- La force de portance augmente jusqu’à un angle limite: l’angle de décrochage.- Les performances aérodynamiques se dégradent une fois l’angle passé.
- Angle d’attaque trop important
- Le fluide ne parvient plus à prendre les trajectoires imposées par le profil.
- Trajectoires du fluide proches de leur situation initiale.
- Moins de déformation de trajectoire donc moins d’accélération du fluide côté extrados.
- Dépression moins importante: la portance chute.Lorsque le profil décroche, les angles d’attaques sont trop importants et le fluide ne parvient plus prendre les trajectoires imposées par le profil (fortement incliné). Les trajectoires de fluides ont tendance à rester plus proches de leur situation initiale (avant que l’aile ne passe). Comme il y a moins de déformation de trajectoire, il y a moins d’accélération du fluide côté extrados du profil. Du coup, la dépression est moins importante et, sans surprise, la portance devient moins importante.
2.3 Etude théorique d’une éolienne – la courbe de puissance
Puissance de sortie à différentes vitesses de vent. Il y a 4 phases:
- Puissance nulle
- Augmentation de puissance
- Puissance nominale
- Mise à l’arrêtCourbe de puissance d’une éolienne en fonction du vent
2.4 Etude théorique d’une éolienne–le système de régulation aérodynamiqueA-◾ Le pas variable: pitch control, ◾ Fait varier l’angle de calage des pales sur le moyeu à l’aide de vérins hydrauliques autour d’un axe longitudinal afin d’extraire un maximum de puissance. ◾En effet, cela entraîne une diminution ou augmentation de la portance de la pale, donc du couple moteur.◾ Un système de contrôle commande le système hydraulique pour exécuter le positionnement. ◾ Ce système permet également la mise en drapeau
B- ◾Le pas fixe: stall control, ◾ Les pales ont un profil conçu pour réduire naturellement le coefficient de puissance Cp quand la vitesse du vent augmente. ◾ Ce système empêche les pales, d’accélérer grâce à l’effet stall qui agit comme un frein par le décrochage aérodynamique au niveau de la pale du rotor.
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. Ce type de régulation est utilisé pour la plupart des petites éoliennes car il ne nécessite pas de pièces mobiles ni de système de régulation dans le rotor, c’est un système simple, fiable et moins couteux mais il engendre des pertes d’efficacité au démarrage et dans les grandes vitesses de vent.
2.5 Evolution de la puissance des éoliennes 