Conversion du vent en électricité ou : le doublement

L’humanité exploite l’énergie du vent depuis des siècles. Cette pratique remonte au moins à la Perse du VIIIe siècle, où sont apparus les premiers documents historiques connus sur les moulins à vent, mais elle remonte probablement encore plus loin. Comparée à la vaste histoire d’utilisation directe de l’énergie éolienne pour faire des choses comme moudre des céréales, pomper de l’eau, scier du bois ou produire des tissus, la production d’électricité est encore relativement nouvelle. Malgré cela, il existe des façons fascinantes d’utiliser le vent pour produire de l’électricité. En raison de la nature imprévisible du vent à chaque instant, son utilisation pour faire tourner un grand générateur relié au réseau n’est pas aussi simple qu’il y paraît. Jetons un coup d'œil à quatre types de configurations d'éoliennes et à la manière dont chacune gère les changements soudains de vitesse du vent.

Mais tout d’abord, il est important de noter que les régimes de vent de l’ordre d’un an ou plus dans une zone particulière sont bien connus et utilisés pour la conception de parcs éoliens. En outre, les prévisions de vitesse du vent sur des échelles de temps plus courtes, comme un jour ou une semaine, sont également suffisamment précises pour obtenir une estimation très précise des capacités de production d'électricité sur ces échelles de temps, bien qu'il existe une idée fausse largement répandue selon laquelle le vent n'est pas une source d'électricité fiable car ça ne souffle pas toujours. Bien au contraire; des prévisions extrêmement précises de la vitesse moyenne du vent sont disponibles des heures et des jours à l'avance en raison de la qualité des prévisions météorologiques au cours des dernières décennies, permettant aux générateurs tels que les centrales à combustibles fossiles de réduire leur production à mesure que davantage de production éolienne devient disponible avec de nombreux avertissements.

Même si les prévisions de vent à long et à court terme sont extrêmement robustes, les rafales de vent sont beaucoup plus difficiles à gérer et restent un défi pour toute éolienne. Bien qu'il puisse être facile de penser qu'une turbine appliquera simplement un frein mécanique pour ralentir la rotation lorsqu'une rafale se produit, pour les grandes turbines, cette solution n'est généralement pas économiquement viable. Cela impliquerait d'envoyer des techniciens pour remplacer constamment les plaquettes de frein, sans parler des contraintes mécaniques sur la turbine que l'action constante du freinage entraînerait. Bien qu'il existe également des systèmes de pas de pale, également appelés freins aérodynamiques, qui peuvent faire tourner les pales (ou simplement les extrémités des pales) dans ou hors du vent afin de rester aussi proche que possible de la vitesse de rotation idéale de la turbine, ces pas les systèmes sont encore trop lents pour certaines rafales.

Des freins mécaniques sont cependant nécessaires. Ils ne sont généralement utilisés que lors d'un arrêt d'urgence lorsqu'un technicien est en danger physique, en dernier recours pour arrêter un événement de survitesse majeur en cas de défaillance du système de pas des pales, ou pour « garer » temporairement le rotor de la turbine pendant certains processus de maintenance seulement après les freins aérodynamiques ont été appliqués. Les éoliennes hors ligne, telles que celles en attente de remplacement du générateur ou de la boîte de vitesses, ne peuvent pas non plus utiliser le frein à long terme, car les éoliennes dont les pales sont inclinées hors du vent peuvent « tourner » pendant de longues périodes, même par vent fort, sans risque.

Même pour les tâches de maintenance qui nécessitent l'arrêt complet de la rotation de la turbine, ils ne sont généralement utilisés que le temps nécessaire pour installer un mécanisme de verrouillage du rotor. Au lieu d'utiliser ces freins pour contrôler la vitesse de rotation pendant le fonctionnement, des solutions électriques beaucoup plus intelligentes au problème des rafales de vent ont été trouvées, réduisant la quantité d'énergie gaspillée et la quantité d'entretien qui autrement serait nécessaire sur les systèmes de freinage. , et qui peut parfois récupérer l'énergie de la rafale elle-même. La première solution est incroyablement simple.

L'éolienne de type 1, parfois appelée éolienne à vitesse fixe, ne se préoccupe en réalité pas beaucoup des changements brefs et transitoires de la vitesse du vent. L’utilisation des propriétés inhérentes d’un générateur à induction résout ce problème sans effort. Dans cette configuration, la sortie du générateur est connectée directement au réseau, et l'inertie du réseau le maintient en grande partie à la vitesse de rotation correcte. Lorsqu’une rafale arrive, le générateur « glisse » simplement un peu au-delà de sa vitesse synchrone, puis revient à un état normal après avoir absorbé la rafale. Si la rafale est trop forte, les turbines de cette catégorie peuvent également utiliser un « frein » électrique qui déverse l'énergie excédentaire dans une batterie de résistances ou un dispositif équivalent, ralentissant légèrement la turbine.