Créé le : 03/08/2009
La nacelle "nacelle"
La nacelle contient les composants de la turbine de vent, y compris la boîte de vitesses, et le générateur électrique. Le personnel de service peut entrer dans la nacelle par la tour de la turbine.
À la gauche de la nacelle nous avons le rotor de turbine de vent, les lames de rotor et le pivot.
Les lames "rotor blades"
Les lames de rotor capturent le vent et transfèrent sa puissance au rotor. Sur les éoliennes de 600 kW modernes la longueur des pales est au minimum de 20 mètres et sont conçues comme des hélices d'avion.
Dans la plupart des cas, les pales sont vrillées surtout dans le cas d'éoliennes de grande puissance. En fonction de la position sur la lame, l'angle d'attaque du vent doit permettre d'avoir une puissance optimale. En particulier, dans le cas de contrôle par décrochage ("stall"), il est important, en cas de grand vent, que le blocage se fasse graduellement de la racine vers l'extérieur.
Le pivot ou le rotor "hub"
Il relie les pales à l'arbre de transmission
L'arbre de transmission "low speed shaft"
L'arbre tourne à vitesse réduite et relie le pivot à la boîte de vitesse.
Sur une turbine moderne de vent de 600 kW le rotor tourne relativement lentement, environ 19 à 30 révolutions par minute (T/MN). L'axe intègre un système de transmission hydraulique permettant aux freins aérodynamiques de fonctionner.
La boîte de vitesse "gearbox" "gear unit"
Elle relie l'arbre de transmission au générateur. Le rapport de cette boîte de vitesse est environ de 50.
En sortie de boîte, l'arbre tourne approximativement à 1.500 révolutions par minute (T/MN)
Le générateur électrique. "generator"
Il est équipé d'un frein à disque mécanique de secours. Le frein mécanique est utilisé en cas de panne du frein aérodynamique, ou quand la turbine est entretenue.
Le générateur électrique est habituellement un générateur d'induction ou générateur asynchrone. Sur une turbine moderne de vent l'énergie électrique maximum est habituellement entre 500 et 1.500 kilowatts (kW). Le contrôleur électronique contient un ordinateur qui sans interruption surveille l'état de la turbine de vent et contrôle le mécanisme de rotation de l'hélice. En cas de problème de fonctionnement, (par exemple surchauffe de la boîte de vitesse ou du générateur), il arrête automatiquement la turbine de vent et informe un opérateur par l'intermédiaire d'un lien de modem de téléphone.
Un système hydraulique est employé pour remettre à l'état initial les freins aérodynamiques de la turbine de vent.
L'unité de refroidissement "cooling system"
Elle contient un ventilateur électrique qui est utilisé pour refroidir le générateur électrique. En outre, elle contient une unité de refroidissement à l'huile qui est employée pour refroidir l'huile dans la boîte de vitesse. Quelques turbines ont les générateurs refroidis à l'eau.
La tour de l'éolienne "tower"
Elle porte la nacelle et le rotor. D'une façon générale, la hauteur de la tour est un avantage puisque les vitesses de vent augmentent lorsque l'on s'élève. Une turbine moderne typique de 600 kW aura une tour de 40 à 60 mètres
Les tours peuvent être les systèmes tubulaires ou des treillis.
Les tours tubulaires sont plus sûres pour le personnel de maintenance. Cependant, les tours treillis ont un coût plus faible.
Le mécanisme de rotation de la nacelle "yaw mecanism"
Il utilise les moteurs électriques pour faire tourner la nacelle avec le rotor et présenter l'hélice face au vent.
Le mécanisme de rotation est actionné par le contrôleur électronique qui détecte la direction de vent à l'aide de la palette de vent.
L'anémomètre "anemometer"
Il est utilisé pour mesurer la vitesse et la direction du vent.
Les signaux électroniques de l'anémomètre sont utilisés par le contrôleur électronique de la turbine de vent pour démarrer la turbine quand la vitesse de vent atteint approximativement 5 mètres par seconde (10 nuds). Le contrôleur arrête l'éolienne automatiquement si la vitesse de vent excède 25 mètres par seconde (50 nuds) afin de protéger l'éolienne et ses composants.
De même le contrôleur électronique de l'éolienne utilise les paramètres pour orienter l'hélice de l'éolienne face au vent, en utilisant le mécanisme de rotation.
LES SYSTEMES DE FREINAGE "brake system"
En cas d'avarie, en cas de vents forts, il existe des systèmes permettant de stopper les éoliennes. Deux types de freins sont utilisés, les freins aérodynamiques qui sont les premiers entrant en action et un frein disque d'urgence permettant de stopper le système complètement.
Dans le cas de vents forts, les éoliennes sont équipées de systèmes de freinages aérodynamiques permettant de diminuer les forces exercées sur les pales des hélices. Plusieurs techniques sont utilisées :
Le système d'inclinaison des pales "pitch control"
Ce système à travers une commande hydraulique et un poste de contrôle fait pivoter les pales afin de les orienter par rapport au vent.
Le contrôle passif par décrochage "stall control"
La conception des pales est à l'origine de ce système de freinage. Schématiquement, la portance d'une hélice ou d'une pale se fait grâce à la différence de vitesse du vent entre la surface supérieure et la surface inférieure de la pale.
En modélisant les pales, il est possible de générer des turbulences sur la partie supérieure de la pale, à une vitesse donnée ce qui implique un décrochage de cette dernière. Ainsi, par grand, vent, la portance devient nulle et la turbine ne fonctionne plus.
Le contrôle actif par décrochage "stall control"
Dans le but de maîtriser au mieux le décrochage, il est possible de contrôler celui-ci. Ce système conjugue la technologie de l'inclinaison des pales et du design de celles-ci. Lors de vents faibles, le système est équivalent au système de l'inclinaison des pales. Cependant, par grands vents, le système réagit inversement au système d'inclinaison des pales. En effet, le contrôle du décrochage va chercher l'angle d'attaques optimal pour que les turbulences se créent.
Le contrôle par rotation de la turbine "yaw control"
Le principe consiste, en cas de grands vents, à faire pivoter la nacelle de la turbine pour ne plus être face au vent. Ainsi, les forces exercées sur celle-ci diminuent. Ce principe est cependant utilisé pour les turbines de faible puissance (> 1 Kw).
Référence
Guide de l'éolienne :
Guided tour on wind energy
WINDPOWER danemark
http://www.windpower.dk/tour