Une turbine est une machine qui convertit l'énergie cinétique d'un fluide en rotation en travail utile ou en énergie via un système de rotor. Un engrenage mécanique ou une induction électromagnétique permettent aux turbines de produire de l'électricité de cette manière. Il existe différents types de turbines, mais les plus courantes sont les éoliennes à axe horizontal et les éoliennes à axe vertical. Dans cet article, vous découvrirez les éoliennes à axe horizontal, leurs fonctions et les différents types d'éoliennes à axe horizontal.
Qu'est-ce qu'une éolienne à axe horizontal ?
Le type d'éolienne le plus répandu en exploitation aujourd'hui est l'éolienne à axe horizontal ou HAWT. Les HAWT ont un rotor à pales aérodynamiques (c'est-à-dire des profils aérodynamiques) qui lui sont fixés ; ce rotor peut être orienté face au vent ou à l'opposé. Les éoliennes de haute altitude possèdent généralement deux ou trois pales qui tournent à très grande vitesse. Les pales coniques des rotors sous le vent permettent à l'éolienne de s'orienter automatiquement face au vent, tandis que les rotors au vent nécessitent une aube de lacet ou de queue pour les aider à s'orienter correctement. Cependant, on a observé que les rotors sous le vent déviaient lorsqu'ils s'alignaient sur le vent à basse vitesse, ce qui réduisait la production d'énergie à ces vitesses.
Les éoliennes horizontales à axe horizontal (HAWT) sont dotées d'arbres montés horizontalement et perpendiculaires au sol. Comme les éoliennes verticales à axe vertical (VAWT), elles peuvent avoir deux ou trois pales. À ce jour, la version tripale s'est avérée la plus efficace. Cependant, les modèles à rotor bipale et à rotor orienté face au vent ont tous deux rencontré un certain succès. La turbine de la nacelle peut être orientée face au vent (à l'avant) ou face au vent (à l'arrière). Les éoliennes orientées face au vent ne nécessitent aucun système d'orientation mécanique, car elles sont toujours orientées dans la direction du vent. Le balancement constant dû aux rafales de vent constitue le principal inconvénient, car il augmente la fatigue. Découvrons maintenant les différents types d'éoliennes à axe horizontal.
Quels sont les types d’éoliennes à axe horizontal ?
Les éoliennes à axe horizontal sont très performantes et jouissent d'une grande popularité sur le marché. Comme les autres éoliennes, il existe également des modèles à axe horizontal. Voici les types :
1. Turbine au vent
Le rotor d'une éolienne au vent est installé sur le sommet de la tourL'objectif principal de cette éolienne est d'empêcher le vent de projeter une ombre sur l'arrière de la tour. Grâce à sa rigidité et à son retrait de la tour, cette configuration est actuellement utilisée dans la plupart des éoliennes horizontales à axe horizontal.
2. Turbine sous le vent
Le rotor d'une éolienne sous le vent est positionné au base de la structureCette éolienne dirige le vent d'abord vers la tour, puis vers les pales du rotor. Le rotor traversant le pare-vent de la tour, elle subit des variations de puissance. Ces fluctuations sont dues à la position du rotor derrière la nacelle de la tour. Ceci vous a permis de comprendre les différents types d'éoliennes à axe horizontal.
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Quel est le principe de fonctionnement d'une éolienne à axe horizontal ?
Après avoir compris les différents types d'éoliennes à axe horizontal, découvrons leur principe de fonctionnement. L'énergie éolienne est…converti en couple par le rotor, qui est ensuite transmis à un arbre à rotation lente. nacelle Il protège le réducteur, l'arbre haute vitesse et le générateur qui reçoivent la puissance de l'arbre basse vitesse. Les pales sont fixées au rotor et à l'arbre. Cet arbre est appelé arbre basse vitesse car l'ensemble rotatif est entraîné par le vent à une vitesse lente de seulement 10 à 20 tr/min.
Pour atteindre la fréquence de sortie souhaitée de 60 Hz, l'arbre basse vitesse est relié au réducteur, qui est doté d'un système d'engrenages augmentant sa vitesse de sortie à environ 1,800 1,500 tr/min (ou 50 XNUMX tr/min si la fréquence est de XNUMX Hz). De ce fait, l'arbre sortant du réducteur est souvent appelé arbre haute vitesse. Enfin, l'arbre haute vitesse est accouplé au générateur, qui transforme le mouvement rotatif en courant alternatif. Si cette vitesse est utilisée pour faire tourner directement le générateur, la fréquence de sortie du courant alternatif est précisément proportionnelle à la vitesse de rotation du générateur.
Les éoliennes à entraînement direct, par exemple, utilisent généralement un générateur CC plutôt qu'un générateur CA et sont dépourvues de réducteur. On ignore si un convertisseur CA-CC est intégré (ce dernier pouvant être situé à la base de la tour). Les éoliennes industrielles utilisent un automate programmable industriel (API) ou un ordinateur comme contrôleur. Les relevés de l'anémomètre sont utilisés par le contrôleur, qui décide ensuite de l'orientation de l'éolienne, de la quantité d'énergie à capter et de l'autorisation d'accélération en cas de vent fort. C'est le principe de fonctionnement d'une éolienne à axe horizontal. Découvrons ensuite les composants d'une éolienne à axe horizontal.
Que sont les composants d’une éolienne à axe horizontal ?
Les composants d'une éolienne à axe horizontal comprennent une base, une tour, une nacelle, un générateur, des pales de rotor, un moyeu, un arbre, des boîtes de vitesses et des anémomètres.
1. Base : La tour et les autres composants d’une éolienne pèsent un nombre important de tonnes ; ils doivent donc être solidement fixés à une base solide comme le roc.
2. Tour : Structure haute qui maintient le moyeu du rotor et la nacelle en place. Ces structures peuvent être fabriquées en treillis d'acier, en béton ou en tubes d'acier. Un aspect clé de la conception d'une éolienne à axe horizontal est la hauteur de la tour. L'augmentation de la hauteur de la tour permet aux éoliennes d'absorber davantage d'énergie éolienne et de produire davantage d'électricité, car la vitesse du vent augmente avec l'altitude. L'augmentation de la hauteur d'une éolienne se traduit généralement par une plus grande production d'énergie et une réduction des turbulences du vent.
3. Pales du rotor : Les pales d'éoliennes captent l'énergie cinétique du vent et la convertissent en énergie mécanique. Ces lames sont fabriquées à partir de bois-époxy ou polyester Renforcées par de la fibre de verre, les éoliennes peuvent être équipées d'une seule pale, d'une paire, de trois pales ou plus. Les éoliennes horizontales à trois pales sont la norme. Elles sont fixées au moyeu du rotor. Autrefois, on utilisait plusieurs pales pour pomper l'eau, broyer les aliments et effectuer d'autres tâches.
4. Nacelle : La nacelle abrite les principaux composants de l'éolienne. Le réducteur, les arbres haute et basse vitesse, l'alternateur, le contrôleur et les freins sont tous installés au sommet de la tour. La nacelle est équipée d'un anémomètre pour mesurer la vitesse du vent et d'une girouette pour en détecter la direction.
5. Centre : La connexion d'une pale de rotor à l'arbre d'une éolienne nécessite un moyeu de rotor. Le moyeu, les boulons, les roulements de pale, le système de pas et les pièces internes constituent l'ensemble moyeu. L'acier, le fer et l'acier forgé sont utilisés dans la fabrication du moyeu. production des moyeux de rotor, et le procédé de soudage est essentiel. Voici quelques exemples de moyeux de rotor :
6. Arbres: L'arbre transmettant la puissance aux roues motrices, le couple et les contraintes dans la structure en acier, creux ou plein, d'un arbre de transmission sont extrêmement élevés. Grâce aux arbres de transmission, l'énergie mécanique du moyeu des pales peut être transmise à l'alternateur, lui permettant de convertir le mouvement de rotation en courant électrique. Une éolienne est généralement équipée d'un deux arbres.
7. Boîtes de vitesses : L'arbre de sortie de la boîte de vitesses est couplé au générateur pour transférer l'énergie mécanique de rotation. Loi de Faraday sur l'induction électromagnétique C'est le principe de fonctionnement d'une éolienne. Il s'agit d'un dispositif qui produit de l'électricité à partir d'énergie mécanique. Pour les éoliennes, il existe différents types de réducteurs : la transmission planétaire, la transmission hélicoïdale et la transmission à vis sans fin pour une turbine.
8. Anémomètres : L'intensité de l'énergie cinétique du vent dépend en grande partie de sa vitesse. Le cube de la vitesse du vent est directement proportionnel à la puissance du vent. Lors du choix d'un emplacement, il est crucial de prendre en compte la vitesse moyenne du vent dans la région. Un anémomètre est un outil permettant de déterminer la vitesse du vent. On le trouve généralement au-dessus de la nacelle.
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À quoi servent les turbines à axe horizontal ?
Afin de maximiser la production d'énergie et l'efficacité énergétique, les parcs éoliens de grande taille utilisent souvent des éoliennes à axe horizontal. Ces éoliennes sont généralement utilisées dans
- Installations de fabrication
- De vastes parcs éoliens
- Bâtiments financés par le gouvernement
Vous avez ainsi découvert l'utilité des éoliennes à axe horizontal. Ensuite, vous pourrez également vous renseigner sur les éoliennes à axe horizontal. avantages et inconvénients.
Quels sont les avantages et les inconvénients des éoliennes à axe horizontal ?
Comme pour d'autres appareils, les avantages et les inconvénients des éoliennes à axe horizontal sont évidents. Découvrons-les en détail ici.
Avantages de l'éolienne à axe horizontal-
1. Générations puissantes
Selon l'application, les éoliennes à axe horizontal peuvent être construites avec une puissance de sortie comprise entre 2 MW et 8 MW. Une éolienne terrestre d'une capacité de 2.5 à 3.0 MW Elle peut produire environ 6 millions de kWh par an, soit suffisamment pour alimenter 1,500 XNUMX foyers européens moyens. Cette puissance dépend de la taille de l'éolienne et de la vitesse du vent.
2. Suffisamment fiable
Les éoliennes à axe horizontal dominent le marché depuis de nombreuses années, leur conception et leur développement étant donc très avancés. L'aspect pratique et l'utilité des éoliennes à axe horizontal déjà disponibles sur le marché, ainsi que leur potentiel de développement futur, sont étudiés.
3. Vents opérationnels exceptionnellement forts
Éoliennes à axe horizontal obtenir le vent à des vitesses plus élevées En raison de la hauteur des rotors, ils fonctionneront probablement à des vitesses de vent plus élevées, ce qui est idéal pour leurs performances. Le flux d'air à haute altitude est généralement constant, ce qui fait des éoliennes à axe horizontal une source d'énergie renouvelable plus fiable.
4. Efficacité à un niveau très élevé
Il est impossible de convertir l'énergie sans en gaspiller une partie. L'un des principaux axes de développement de nouveaux produits dans le secteur éolien est d'améliorer l'efficacité de la conversion énergétique. Pour l'instant, les éoliennes les plus productives sont celles à axe horizontal. Leur rendement est suffisant pour convertir 40 à 50 pour cent de l'énergie éolienne entrante en électricité utilisable.
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Inconvénients de l'éolienne à axe horizontal-
1. Difficile à déplacer, à installer et à maintenir en état de fonctionnement
Étant donné que les éoliennes à axe horizontal sont si massif, elles présentent des obstacles logistiques et techniques importants lors du transport et de l'installation. Les éoliennes à axe horizontal ont des pales pouvant atteindre 70 mètres de long et 20 tonnes de poids, ce qui rend improbable leur installation sur les routes étroites et sinueuses typiques des régions vallonnées ou dans les rues urbaines ordinaires bordées de résidences, de lignes électriques et de lampadaires.
2. Porter atteinte à l'environnement
Il y a encore beaucoup de débats et de controverses autour de la question de savoir comment fonctionnent les éoliennes à axe horizontal. affecter l'environnement environnantLe rugissement des lames massives qui fendent l’air, l’ombre massive qu’elles projettent et les perturbations qu’elles provoquent sur la faune et les écosystèmes environnants sont autant de sources d’inquiétude.
3. Changement dans l'écosystème marin
Les éoliennes offshore sont susceptibles de modifier l'écosystème marin d'une manière que nous ne comprenons pas encore, tandis que les pales d'éoliennes à axe horizontal représentent un risque de collision avec des créatures volantes. De nombreuses études ont montré que les éoliennes ne sont pas directement responsables de plus d’un pour cent des décès annuels d’oiseaux aux États-Unis causés par des accidents avec des objets et des pratiques fabriqués par l’homme.
4. Exigences strictes pour la configuration
Les réglementations relatives au développement et à l’installation d’éoliennes peuvent constituer des obstacles, malgré le fait que les gouvernements du monde entier ont mis en place des mesures incitatives pour encourager le développement de ces technologies. des énergies renouvelables révolution. Pour une éolienne à axe horizontal, par exemple, la distance requise par rapport à une habitation adjacente est généralement quatre fois supérieure à la hauteur totale de l'éolienne. La municipalité doit entreprendre une étude de bruit Avant d'autoriser la construction d'un parc éolien, il est essentiel de prendre en compte à la fois le bruit de fond et celui généré par l'éolienne. Bien qu'il existe souvent une règle empirique, la politique peut varier en fonction de facteurs tels que le climat politique, social et naturel.
Les éoliennes à axe horizontal jouent et joueront un rôle important dans votre avenir basé sur les énergies renouvelables. Il est essentiel de comprendre toutes les facettes de ces technologies, comme leurs avantages et inconvénients, leurs différents types, etc. Elles vous aideront à vous préparer pour l'avenir à venir.
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