Transformer l’énergie du vent en électricité

Avant de commencer, un petit rappel sur le fonctionnement des aérogénérateurs (éoliennes) comme Alae. Le vent transfert une partie de son énergie cinétique (linéaire) aux pales de l’éolienne. Ces dernières étant reliées entre elles via un moyeu, l’énergie extraite de l’air est transformée en couple (rotation). La vitesse de rotation est liée à celle du vent. La force du couple est liée à la surface des pales. Dans le cas d’Alae, l’énergie mécanique obtenue est transformée en énergie électrique via un moteur.

Dans cet article, nous allons détailler le délicat passage entre le couple mécanique de l’aérogénérateur et le courant électrique du moteur.

Adapter le moteur aux caractéristiques de l’éolienne.

Un aérogénérateur possède des caractéristiques intrinsèques liées à la technologie et aux dimensions des pales. Ces données permettent de réaliser une courbe de puissance mécanique brute (sortie du moyeu). L’objectif est d’utiliser le générateur électrique le plus proche possible de cette courbe. Pour ce faire, il existe deux méthodes :

Moteur à prise directe.

Le moteur tourne à la même vitesse que le moyeu et ses caractéristiques varient en fonction:

– de son diamètre (aluminium, acier)

– du nombre de bobines (cuivre)

– du nombre d’aimants (néodyme).

Pour une vitesse de rotation donnée, une augmentation de la puissance par deux demandera donc le double de cuivre et de néodyme. L’avantage de cette solution est l’excellent rendement entre le passage de l’énergie mécanique à électrique, proche de 98%. C’est la solution la plus utilisée par l’industrie éolienne. Son seul défaut étant la consommation de matériaux très importante au regard de technologie concurrente (ex : centrales thermiques).

Motoréducteur.

Le motoréducteur se compose d’un moteur standard et d’un réducteur mécanique. Ce dernier permet de découpler la vitesse de rotation du moyeu de celle du moteur en y appliquant un coefficient multiplicateur. Ainsi, un moto réducteur 1:10 appliquera un rapport de 10 multiplicateur entre la vitesse de rotation du moyeu et celle du générateur. Dans ce cas précis, le moteur aura vu sa puissance à vitesse constante augmenter d’un facteur 10 sans aucune modification de sa masse. En contrepartie, le motoréducteur dissipe une partie de la puissance en chaleur lors des frottements entre les différentes pièces mobiles. Le défaut majeur de ce système est son faible rendement, compris entre 95% et 80%. Son intérêt principal est de pouvoir optimiser au mieux l’utilisation de matières premières telles que le cuivre et le néodyme, tout en diminuant drastiquement les coûts d’intégrations.

Le compromis choisit pour l’éolienne Alae.  

L’objectif d’E-Taranis est la résilience énergétique. Pour qu’elle soit possible, il est nécessaire de réduire au maximum le coût énergétique de la production. Pour ce faire, nous avons fait le choix d’opter pour de petites unités de production utilisant des matériaux naturels (bois, lin…) et des matériaux indéfiniment recyclables (aluminium, acier faiblement allié). En ce qui concerne la génération d’électricité, nous n’avons pour le moment aucun autre choix que d’utiliser du néodyme. E-Taranis va lancer une série de recherches afin de changer de vecteur énergétique. De façon à limiter l’impact de ce matériau, nous l’avons réduit au strict minimum en utilisant un motoréducteur à train épicycloïdal. Ce qui nous a permis de réduire de 20 fois le poids de ce dernier dans notre éolienne Alae.

Par cette diminution de poids, les structures de renfort seront réduites, ainsi l’installation de l’éolienne sera plus facile sur des structures déjà existantes (maison, lampadaire…).