Régulation de la vitesse d'une éolienne

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La production d'énergie d'une éolienne dépend du vent qui n'est pas régulier. Une éolienne doit donc posséder des régulateurs de vitesse pour éviter l'emballement des pales. Le point maintenant.

Rôle du régulateur de vitesse pour éolienne

Un vent trop fort peut entraîner un emballement de la rotation d'une éolienne. Au-delà d'une certaine vitesse, les pales peuvent être endommagées. C'est pourquoi il est indispensable de prévoir un système qui régule cette vitesse.

Il existe plusieurs manières de réguler la vitesse :​

  • mécaniquement et de manière automatique,
  • électroniquement.

Régulation de la vitesse d'une éolienne : systèmes de freinage des pales

Il existe différents systèmes de freinage.

Régulation aérodynamique des pales

Il s'agit d'un changement de l'angle de la pale :

  • à pas fixe par effet Stall (forme de pale),
  • à pas variable :
    • par moteur,
    • par ressort. 

Régulation mécanique

La régulation mécanique procède ainsi :

  • Freinage par force centrifuge :
    • freins aérodynamiques (ailettes),
    • changement d'angle de pales.
  • Mise en drapeau : l'hélice articulée se met parallèle au vent.
  • Basculement du rotor de l'éolienne. 

 

Régulation électronique

La régulation électronique se fait :

  • à l'aide d'aérofreins (élecroniques),
  • au moyen de freins à disque électronique.

Fonctionnement des freins de régulation de la vitesse d'une éolienne

Le type de freins de régulation de vitesse dépend de la taille de l'éolienne. Les systèmes sont plus ou moins complexes et coûteux.

Régulation aérodynamique

Le principe est de modifier l'angle des pales par rapport au vent de manière à diminuer la vitesse de rotation des pales par une moindre prise au vent et le jeu des turbulences. Plusieurs moyens existent pour modifier cet angle :

  • Un forme de pale dite à effet Stall :
    • la seule forme de la pale permet de créer un décrochage dynamique grâce aux turbulences au-delà d'une certaine vitesse de vent.
    • Cela permet d'utiliser des hélices à pas fixe (la pale est fixe sur le rotor), ce qui est plus simple et moins onéreux qu'un pas variable.
  • Une pale montée sur pas variable : la pale peut être orientée par rapport au rotor. Elle est orientée et mise en drapeau (c'est-à-dire parallèle au vent) :
    • à l'aide d'un moteur et de vérins hydrauliques déclenchés par contrôle de vitesse,
    • à l'aide de ressorts qui se détendent au-delà d'une certaine vitesse.

La  variation de l'angle de calage diminue la portance de la pale donc le couple moteur. Ce système à pas variable permet :

  • d'arrêter l'éolienne ou de diminuer sa puissance selon le vent,
  • d'optimiser la production en fonction de la vitesse du vent.

Ce dispositif complexe mais efficace est surtout utilisé dans les grandes éoliennes.

Régulation par force centrifuge

Lorsque la vitesse des pales augmente, un système de masse pousse, par la force centrifuge, des freins qui sont :

  • des spoilers intégrés dans les pales (aérofreins),
  • des volets qui modifient l'angle de calage des pales et servent aussi d'aérofreins.

Ce système est efficace mais onéreux. Par ailleurs les aérofreins génèrent du bruit en mode régulation.

Freinage mécanique

Il existe deux systèmes mécaniques de freinage par pivotement et basculement du rotor :

  • Le gouvernail articulé : lorsque le vent dépasse une limite déterminée, le gourvernail de l'éolienne pivote pour se mettre paralèlle au vent (en drapeau) et ainsi arrêter sa vitesse.
  • Le basculement : le rotor, au-delà d'une certaine vitesse de vent, bascule en arrière (système de ressort, calibré pour se détendre au-delà d'une certaine force).

Ces systèmes sont réservés aux petites éoliennes du fait des charges mécaniques qu'ils engendrent sur la tête du rotor et sur le mât. Cette solution est cependant efficace pour un coût assez faible.

Frein à disque électronique

Un détecteur de vitesse déclenche un mécanisme d'arrêt automatique : 

  • Ce système souvent utilisé en complément d'un système mécanique. Le système mécanique évite le plus souvent un emballement de l'éolienne.
  • Le frein peut aussi être déclenché en cas de problèmes sur le réseau électrique et pour réaliser des entretiens.

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