Énergie éolienne STE

L'énergie éolienne est l'une des principales sources d'énergie renouvelable pour la production d'électricité. Les éoliennes transforment l'énergie cinétique du mouvement de l'air en énergie électrique à l'aide de pales et de générateurs. La compréhension des principes physiques qui sous-tendent la conversion de l'énergie éolienne est fondamentale pour les élèves, les apprentis et les étudiants qui s'intéressent à l'électrotechnique et aux énergies renouvelables.

La puissance d'une éolienne dépend de nombreux facteurs, notamment la vitesse du vent, la conception des pales, l'angle d'inclinaison des pales, le nombre de pales, l'orientation du rotor et la charge électrique connectée au générateur. Chacun de ces paramètres influence l'efficacité de la conversion d'énergie et la puissance délivrée de différentes manières.

Dans ces expériences, les élèves étudient les relations fondamentales qui déterminent la puissance des éoliennes. Ils mesurent la tension, le courant, la puissance et la vitesse de rotation dans différentes conditions et analysent comment les modifications apportées à la configuration de la turbine ou à l'environnement d'exploitation affectent la puissance électrique. Les expériences vont des calculs élémentaires de bilan énergétique à des thèmes plus avancés tels que l'aérodynamique des pales, le pas des pales et les considérations pratiques relatives à la conception des parcs éoliens.

Les expériences abordent les thèmes suivants:
Bilan énergétique et rendement (coefficient de puissance)
Rapport entre la vitesse de rotation et la vitesse maximale du vent
Courbes de tension et de courant en charge
Comparaison des types de rotors (Savonius et à axe horizontal)
Incidence de la vitesse du vent sur la puissance délivrée
Incidence de la direction du vent (angle d'orientation)
Incidence du nombre de pales sur la puissance
Comparaison entre profils de pales optimisés et profils plats
Incidence de l'angle d'inclinaison des pales
Incidence des obstacles sur la puissance délivrée
Heures à pleine charge et rendement énergétique annuel

Objectifs de l'expérience
Comprendre le processus de conversion d'énergie dans les éoliennes
Calculer le rendement et le coefficient de puissance d'une éolienne
Étudier la relation entre la vitesse du vent et la puissance électrique
Comparer différentes conceptions de rotors et configurations de pales
Comprendre l'importance de l'orientation du rotor et du contrôle du pas
Analyser l'influence des facteurs environnementaux sur la performance des éoliennes
Appliquer des méthodes de mesure à l'aide de capteurs de tension, de courant et de vitesse de rotation
Évaluer la performance des éoliennes à l'aide du concept d'heures à pleine charge

 Public cible
Ces expériences sont destinées aux élèves, aux apprentis et aux étudiants qui s'intéressent aux systèmes d'énergie renouvelable et à l'électrotechnique. Elles permettent d'acquérir une expérience pratique avec de véritables appareils de mesure et d'étudier concrètement des principes physiques. Ces expériences conviennent aux élèves du secondaire et aux apprentis.