Présentation

... des aérogénérateurs performants au service des hommes ...


Process éoliens François CARRE (1) & Associés ©

Le promoteur du projet montre par une approche analytique rationnelle qu'il existe des techniques rentables, pour capter l'énergie éolienne, en exploitant les vents de basses vitesses, les plus fréquents .

Ce type d'énergie bien maîtrisée, doit, notamment en zones rurales subsahéliennes, participer à une couverture des besoins énergétiques les plus élémentaires, en situation d'autonomie et de proximité, afin d'éviter les pertes en lignes (2), et, amener un mieux être pour les populations. 

Auteurs éoliens de références : Abbot H. - Betz A. - Champly R. - Doenhoff A.E.V. - EDF - Gipe P. - Golding E.W. - Jansens W.A.W - Juul J. - Lacour P. - Lacroix G. - Landau L. et Lifchitz E. - Petersen H. - Prandt L. - Reynolds O. - Smeaton J. - Spera D.A..-US D.O.E 


(1) Ingénieur R et D, ancien attaché de recherche au CNRS et à l'INSERM, auteur ou coauteur de publications, de travaux et brevets sur des procédés innovants (médaille de Vermeil du Salon 1965 des Inventeurs de Bruxelles, médaille d'argent de l'innovation du SIMA 1974, entre autres)

(2) 50% environ sur le réseau EDF .

Lundi 1 décembre 2008 1 01 /12 /Déc /2008 23:52

Le promoteur du projet s'est livré à une recherche de résultats de machines, anciennes et récentes, puis à des séquences expérimentales à l'aide de soufflantes aérodynamiques (3).

L'exploitation des relevés lui a fait entrevoir que l'Énergie potentielle du vent n'était pas proportionnelle au CUBE, comme il est encore admis et enseigné, mais, seulement au CARRÉ de sa vitesse de déplacement.

Il lui a fallu constater, par ailleurs, que certaines éoliennes avaient développé plus de puissance brute (puissance disponible + perte de transmission), avec hélices de basses vitesses de vent, que la théorie officielle n'en permettait en potentialité.

Ayant, de plus, observé que la consommation nette d'un groupe propulseur était exactement fonction du carré du flux produit, il était donc logique et rationnel de penser que le vent lui même ne pouvait contenir d'avantage d'énergie que celle qui aurait permis de le créer, ni posséder une évolution différente.

 


 

Les travaux de recherche qui ont suivi lui ont permis de vérifier et confirmer que l'Énergie Potentielle du vent (ou d'un flux) ne pouvait effectivement être que proportionnelle au CARRÉ de sa vitesse de déplacement, non au CUBE.

(3) Soufflante axiale de laboratoire, sans retour de flux + soufflante d'étude de profils, avec retour de flux.
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Mardi 2 décembre 2008 2 02 /12 /Déc /2008 00:29
    1/ Les interrogations

Un certain nombre d'aspects éoliens auraient dû inciter les intervenants à s'interroger du bien fondé de l'équation au cube.

Notons en particulier :

- le dépassement de puissance par certaines machines et à basses vitesses de vent, de la potentialité reconnue;

- la variation de la dérivée maximum de puissance des machines selon le type d'hélice utilisé (à voir dans les causes des erreurs historiques)


    2/ Equation physique réelle

Après analyse de l'emploi de l'équation de la puissance vive au cours des décennies antérieures, le promoteur s'est trouvé dans l'obligation d'admettre que l'équation :

Pp = 1/2 m V2

- pour être parfaitement homogène et rationnelle - ne pouvait être logiquement (4) utilisée qu'avec les unités suivantes :

"Pp" exprimé en Watts
"m" exprimé en Newtons par mètre cube (5), (non pas en kilogrammes/poids)
"V" exprimé en mètres par seconde

Nota : Avec l'emploi des anciennes mesures en kilogrammètres, nous aurions eu au cube, à 10 m/s, (1,250/2) x 103 = 625 Kilogrammètres/s, c'est à dire . . . 8,3 CV ou . . . 6,3 kW environ par mètre carré, pour un vent de 10 m/s, ce qui représente la potentialité de l'impossible.

(4) Tirés à part des argumentaires spécifiques.
(5) Poids volumique ou spécifique du mètre cube d'air ou du fluide considéré.
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Mercredi 3 décembre 2008 3 03 /12 /Déc /2008 19:31

La potentialité énergétique réelle de différents flux ou vents est donnée par le tableau suivant (avec densité d'air prise à1,250 kg/m3) :

Vitesses (m/s)

Puissance (W/m2)

(6)

Vitesses (m/s)

Puissance (W/m2)

(6)

2

24,53

 

9

497,00

 

3

55,20

 (16,87)

10

613,00

(625)

4

98,00

 

11

742,00

 

5

153,00

 

12

883,00

 

6

220,00

 

13

1036,00

 

7

300,00

 

14

1202,00

 

8

392,00

 

15

1380,00

(2109)

 

Il est bien évident que ces valeurs, réelles, redonnent aux petits vents (de moins de 10 et surtout de moins de 6 m/s) la place qui, normalement, leur revenait.

Ainsi, on peut remarquer, qu'il y a presque 3 fois 1/2 plus d'énergie potentielle vers 3 m/s et, près de 35 % de moins vers 15 m/s, qu'on ne le croyait (chiffres officiels normalisés(7).

LES CALCULS MONTRENT ASSEZ CLAIREMENT QU'IL Y A UNE OPPORTUNITÉ QUANTITATIVE ET QUALITATIVE INDÉNIABLE A UTILISER LES BASSES VITESSES DE VENT

(6) Entre parenthèses, quelques valeurs officielles normalisées
(7) Tirés à part spécifiques de comparaison 
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Mercredi 3 décembre 2008 3 03 /12 /Déc /2008 20:31
    1/ Importance des fluctuations

A partir de ces données réelles, il est possible de réaliser une analyse quantitative et qualitative de la potentialité annuelle d'énergie en traçant des courbes en fonction des moyennes et de la répartition annuelles des vents.

Il convient de signaler cependant, que les moyennes par elles mêmes ne permettent pas d'avoir une appréciation exacte si l'on ne tient compte des fluctuations autour des moyennes

A ce propos, il est intéressant de voir que pour la plupart des machines actuelles, les constructeurs donnent des chiffres de production par des faibles moyennes, qui, à mêmes valeurs instantanées, ne permettent pas de les faire fonctionner.

On peut constater, en effet, qu'un écart au dessus de la moyenne engendre, compte tenu de l'évolution au carré, un supplément d'énergie non négligeable, alors qu'une fluctuation de même valeur, en dessous de cette moyenne, n'apporte qu'une minoration modérée.

 

 

Pour exemple et simplification nous avons pris une moyenne de 6 m/s et, supposé que chaque écart d'amplitude se produisait sous une durée d'une seconde.

Les courbes internes correspondent aux vitesses de vent et les courbes extrêmes aux puissances potentielles.

La courbe A, montre l'évolution pour des écarts de ± 2,5 m/s, cas fréquents, même sur des durées de moins d'une heure. La plus-value est alors de 35 %.

La courbe B, est obtenue pour des écarts de ± 3 m/s. La plus-value passe à 50 %.

Enfin, la courbe C prend des écarts de ± 3,5 m/s, et, dans ce cas, la plus-value peut atteindre . . . 90 %, ce qui doit être assez rare.

Mais nous savons cependant qu'entre le jour et la nuit, la vitesse de vent peut passer du simple au triple . . .

Par rapport aux résultats de machines nous avons opté pour un facteur de correction arbitraire de 1,38. Ainsi, une machine produisant une puissance de 2 kW établie sur une moyenne de 6 m/s, n'est supposée fournir cette puissance qu'à 8,25 m/s de vitesse instantanée (ou sur la seconde).

 

    2/ ORGANIGRAMME PUISSANCE - DURÉE

(avec puissance corrigée de 1,38)

Organigramme Puissance - Durée

En prenant en ordonnées l'énergie selon le carré de la vitesse du vent, nous obtenons des surfaces bien définies, directement proportionnelles à la potentialité énergétique du vent.

ON VOIT, GRACE AU GRAPHE CI DESSUS, QUE L'ÉNERGIE DE VENT DISPONIBLE EN COURS D'ANNÉE EST, POUR DES MOYENNES ANNUELLES DE VENT DÉTERMINÉES, BIEN PLUS IMPORTANTE EN BASSES VITESSES DE VENT QU'EN VITESSES PLUS ÉLEVÉES ET, FORCÉMENT, MIEUX RÉPARTIE.

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Mercredi 3 décembre 2008 3 03 /12 /Déc /2008 20:33
    1/ Approche de la potentialité par la puissance produite

Les approches de potentialités énergétiques, telles celles de Smeaton, en Grande Bretagne, vers 1760, et Coulomb en France, vers la même époque, ont été réalisées expérimentalement à partir de résultats de puissance d'hélices.

Il semble cependant, vers 1900, que le professeur Lacour, à Askov au Danemark, ait, à l'aide de sa soufflante de laboratoire et des réalisations de terrain, pressenti les contradictions qui existaient entre potentialité et efficience de captation.

On sait maintenant que les courbes de puissances captées peuvent être très différentes suivant le type d'hélice.

On peut illustrer quatre cas par le graphe suivant :

Courbe A, éolienne de 6 pales, profondeur de profil ≥ 1/12 ème du diamètre
Courbe B, éolienne de 3 pales,
Courbe C, éolienne de 3 pales, profondeur de profil ≤ 1/20 ème du diamètre
Courbe D, éolienne de 2 pales,

On voit que les dérivées des courbes peuvent varier de près de 2,5 (d. 1) jusqu'à près de 4 (d. 2) pour les bipales.


    2/ CONFUSION ENTRE POTENTIALITÉ DU VENT OU D'UN FLUX ET LA PUISSANCE CAPTÉE OU PRODUITE

Il semble donc que l'on ait confondu, et, que l'on continue malheureusement de confondre, énergie potentielle d'un vent ou d'un flux avec l'énergie produite, découlant de l'efficience de captation des hélices.

Certaines personnes acceptent cependant la potentialités du vent ou d'un flux selon le carré, mais, prétendent que la captation puisse évoluer selon le cube.

Selon la règle de conservation des énergies, faut il rappeler, qu'une hélice éolienne ne peut capter plus de puissance que n'en contient le vent ou un flux, ou, plus que ce qui aurait permis de le (ou les) produire.


    3/ RECHERCHE DES VENTS "IMPRESSIONNANTS" ?

Obnubilés par l'estimation de la puissance en fonction du cube, les intervenants se sont cru obligés de capter les vents les plus forts, dont les fréquences en cours d'année sont de plus en plus rares.

Il faut signaler qu'une machine dotée d'une puissance installée considérable, même si cette puissance n'est couverte moins de 10 % du temps, fait plus d'effets médiatiques qu'une machine de puissance installée modeste avec couverture de 50 % et plus (8).

Dans les cas extrêmes, certaines personnes ont même voulu miniaturiser des machines éoliennes en les dotant d'une puissance installée (générateur) élevée, de sorte que cette puissance installée ne pouvait être atteinte qu'une fois par siècle.

(8) Voir tirés à part spécifiques.

    4/ EFFET PORTEUR OU MOTEUR ?

Les recherches sur l'éolien sont encore menées en soufflerie avec des objectifs de portance, alors qu'une pale éolienne ne peut pas être assimilée à une aile d'avion.

La fonction d'une pale d'éolienne est seulement motrice et, il y a lieu, au contraire, de réaliser le maximum d'énergie pour une moindre portance.

Cette portance engendre cependant la pression sur l ‘hélice mais, il faut rappeler que toute pression n’est pas transformée en énergie.

Il semble, que plus des 2/3 avant du profil éolien ne serve qu'à obtenir une mise en pression sur le profil afin de provoquer ensuite accélération et déflexion près du bord de fuite.

Cette pression est fonction, pour un même type de profil, de la vitesse de déplacement des pales par rapport à sa surface de révolution, c'est à dire de leur vitesse angulaire (R/s).

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