Par Hamza Ben Sayeh
9 décembre 2014
Plan de la présentation
 Définition du projet
 Méthodologie
 Résultats obtenus
 Analyse
 Conclusion
1
Mise en situation
 Un groupe de pêcheurs du Lac Ontario ont
récemment installé un moteur électrique sur leur
bateau.
 Ce...
Données du bateau
 Albermarle sportfishing boat.
 Masse = 2000 kg.
 Vitesse moyenne = 2,57 m/s.
 Capacité = 100 Ah.
 ...
Énergie consommée du bateau
http://www.seatronic.fr/conseil/b
ilan-energie.php
Tableau 1
4
Énergie fournie au bateau
OBJECTIF : L’éolienne devra fournir 20 % de
l’énergie produite initialement. Soit 4400 Wh
Tablea...
La vitesse de vent au Lac Ontario
Tableau 3
6
Réf : http://www.windatlas.ca/en/index.php
Distribution de Weibull
Figure 3
𝑓 𝑥, 𝑎, 𝑏 =
𝑏
𝑎
∗ (𝑥/𝑎)(𝑏−1)
*𝑒−(
𝑥
𝑎
) 𝑏
0.00%
2.00%
4.00%
6.00%
8.00%
10.00%
12.00%
0 1...
Mesure de la vitesse moyenne de
vent ressentie
 V𝑟 = (𝑉𝑏 sin θ) 2+(𝑉𝑣 cos φ)2
 Vr = 8 m/s
 La direction du vent est
arb...
Éolienne de type H-rotor
 Axe : vertical
 Nombre de pales : 3
 Profil de pale : NACA 0018
 Nombre total d’entretoises ...
Choix d’un axe vertical
 Encombrement à bord.
 Ne nécessite pas de système
d’orientation.
 Nacelle installée en dessous...
Choix de 3 pales
 Coût
 Stabilité
 Meilleur rendement
 Masse
11
Figure 7
• 𝑇𝑆𝑅 = ω𝑟/𝑉𝑣
Réf : Hau ,Erich. Wind Turbines...
Données de l’éolienne
 Hauteur hors-tout = 6,5 𝑚
 Diamètre du rotor = 1,3 𝑚
 Hauteur sol-pale = 5 𝑚
 Masse = 42 kg
 S...
Pale
 Profil : NACA 0018 (Symétrique, e=18%corde)
 Minimise la force de traînée
 Matériau choisi : Fibre de verre
 Mas...
Dessin de définition de la pale
VUE ISOMÉTRIQUE
1500
368
R = 3
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VUE DE HAUT
VUE DE PROFIL
14
60
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Dimensions en
[mm]
•...
Entretoise
 Profil : NACA 0021
 Force de traînée faible
 Matériaux désirés :
Coquille en fibre de verre;
Tige interne e...
Dessin de définition de l’entretoise
VUE ISOMÉTRIQUE
16
20
60,5
10
R=3605
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VUE DE HAUT
VUE DE PROFIL
Dimensions
en [mm]
Mât
 Section circulaire vide
 Masse réduite
 Assemblage mât/entretoise simple
 Assemblage mât/multiplicateur de vitess...
Dessin de définition du mât
VUE ISOMÉTRIQUE
18
6000
758
318
R = 3
VUE DE FACE
Ri=36
Ro=46
Dimensions
en [mm]
VUE DE HAUT
Analyse des forces
aérodynamiques sur une pale
Figure 9
19
Figure 10
-140
-120
-100
-80
-60
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-20
0
20
40
60
80
-200 -10...
Analyse des forces
aérodynamiques sur le rotor
Figure 11
20
Puissance mécanique et Cp aux
conditions d’opérations
21
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 10 20 30
Puissancemécanique[kW]
V...
Performances nominales à 11 m/s
fixé par l’AWEA
22
-0.05
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0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0 2 4 6 8
CP
TSR
Coefficien...
Résultats finaux
 Puissance nominale mécanique = 562,5 W
 Rendement de la génératrice = 80%
 Puissance nominale électri...
Coût de fabrication et des pièces
achetées
24
TOTAL = 1 490 $
Conclusion et suggestions
25
 L’objectif visé d’une part de production de 20 % à
été atteint.
 Modèle hybride (H-rotor +...
Références
 http://www.albemarleboats.com/trailerable/242CCspecificatio
ns.html
 Hau ,Erich. Wind Turbines fundamentals,...
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  1. 1. Par Hamza Ben Sayeh 9 décembre 2014
  2. 2. Plan de la présentation  Définition du projet  Méthodologie  Résultats obtenus  Analyse  Conclusion 1
  3. 3. Mise en situation  Un groupe de pêcheurs du Lac Ontario ont récemment installé un moteur électrique sur leur bateau.  Ce mandat ,pour un client externe, consiste à concevoir un producteur énergétique d’appoint.  Une éolienne, installée sur leur bateau. 2
  4. 4. Données du bateau  Albermarle sportfishing boat.  Masse = 2000 kg.  Vitesse moyenne = 2,57 m/s.  Capacité = 100 Ah.  Tension = 24 V.  Énergie totale consommée (24h) = 13 446 Wh. http://www.albemarleboats.com/trailerable/242C Cspecifications.html Figure 13
  5. 5. Énergie consommée du bateau http://www.seatronic.fr/conseil/b ilan-energie.php Tableau 1 4
  6. 6. Énergie fournie au bateau OBJECTIF : L’éolienne devra fournir 20 % de l’énergie produite initialement. Soit 4400 Wh Tableau 2 5 Coût mensuel : 53,60 $ Sachant que le coût pour 1 kWh = 0,0812$ ; HYDRO QUÉBEC http://www.hydroquebec. com/electrification- transport/cout.html
  7. 7. La vitesse de vent au Lac Ontario Tableau 3 6 Réf : http://www.windatlas.ca/en/index.php
  8. 8. Distribution de Weibull Figure 3 𝑓 𝑥, 𝑎, 𝑏 = 𝑏 𝑎 ∗ (𝑥/𝑎)(𝑏−1) *𝑒−( 𝑥 𝑎 ) 𝑏 0.00% 2.00% 4.00% 6.00% 8.00% 10.00% 12.00% 0 10 20 30 Fréquenced'occurrence[%] Vitesse de vent [m/s] Fréquence d'occurrence[%] des vents au Lac Ontario 7 Où (a) : Paramétre d’échelle (b) : Paramétre de forme
  9. 9. Mesure de la vitesse moyenne de vent ressentie  V𝑟 = (𝑉𝑏 sin θ) 2+(𝑉𝑣 cos φ)2  Vr = 8 m/s  La direction du vent est arbitraire dans ce cas.  Dans le cas où le vent est dans la même ligne d’action : V𝑟 = (𝑉𝑏 ± 𝑉𝑣)2 Figure 5 8 y x
  10. 10. Éolienne de type H-rotor  Axe : vertical  Nombre de pales : 3  Profil de pale : NACA 0018  Nombre total d’entretoises : 6  Profil d’entretoise : NACA 0021  Type de mât : Section circulaire vide 9 Concept préliminaire Figure 6
  11. 11. Choix d’un axe vertical  Encombrement à bord.  Ne nécessite pas de système d’orientation.  Nacelle installée en dessous du pont.  Effet de portance.  Démarrage difficile. 10
  12. 12. Choix de 3 pales  Coût  Stabilité  Meilleur rendement  Masse 11 Figure 7 • 𝑇𝑆𝑅 = ω𝑟/𝑉𝑣 Réf : Hau ,Erich. Wind Turbines fundamentals, Technologies, Application, Economics.
  13. 13. Données de l’éolienne  Hauteur hors-tout = 6,5 𝑚  Diamètre du rotor = 1,3 𝑚  Hauteur sol-pale = 5 𝑚  Masse = 42 kg  Surface balayée : 1,95 𝑚2  Angle entretoise/mât : 120 ° 12 Figure 8
  14. 14. Pale  Profil : NACA 0018 (Symétrique, e=18%corde)  Minimise la force de traînée  Matériau choisi : Fibre de verre  Masse réduite  Fabrication simple (symétrie et une section constante)  Coût de fabrication moindre 13
  15. 15. Dessin de définition de la pale VUE ISOMÉTRIQUE 1500 368 R = 3 18 VUE DE HAUT VUE DE PROFIL 14 60 756 Dimensions en [mm] • C = (8% à 10%)* (rayon) Réf: Norbert V.Dy 5
  16. 16. Entretoise  Profil : NACA 0021  Force de traînée faible  Matériaux désirés : Coquille en fibre de verre; Tige interne en Acier doux;  Matériau choisi : Acier doux;  Meilleure résistance structurelle (6 entretoises)  Meilleure résistance en traction/compression 15 Dimensionnement idéal.
  17. 17. Dessin de définition de l’entretoise VUE ISOMÉTRIQUE 16 20 60,5 10 R=3605 5 VUE DE HAUT VUE DE PROFIL Dimensions en [mm]
  18. 18. Mât  Section circulaire vide  Masse réduite  Assemblage mât/entretoise simple  Assemblage mât/multiplicateur de vitesse simple  Matériau choisi : Aluminium  Ductile  Bonne résistance à la corrosion  Bonne résistance mécanique 17
  19. 19. Dessin de définition du mât VUE ISOMÉTRIQUE 18 6000 758 318 R = 3 VUE DE FACE Ri=36 Ro=46 Dimensions en [mm] VUE DE HAUT
  20. 20. Analyse des forces aérodynamiques sur une pale Figure 9 19 Figure 10 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 -200 -100 0 100 200 300 Force[N] Position azimutale [deg.] Forces normales et tangentielles sur une pale Force normale résultante sur une pale en fonction de sa position azimutale Force tangentielle résultante sur une pale en fonction de sa position azimutale Force du vent selon 2 composantes
  21. 21. Analyse des forces aérodynamiques sur le rotor Figure 11 20
  22. 22. Puissance mécanique et Cp aux conditions d’opérations 21 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 10 20 30 Puissancemécanique[kW] Vitesse de vent ressenties [m/s] Puissance mécanique calculée en fonction de la vitesse de vent ressentie Figure 15 Figure 16 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0 5 10 15 20 25 30 Cp Vitesse de vent [m/s] Coefficient de puissance en fonction de la vitesse de vent
  23. 23. Performances nominales à 11 m/s fixé par l’AWEA 22 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0 2 4 6 8 CP TSR Coefficient de puissance nominale en fonction du TSR Coefficient de puissance nominale en fonction du TSR Figure 18 Figure 19 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 50 100 Puissance[kW] Vitesse de rotation [Rd/s] Puissance nominale en fonction de la vitesse de rotation Puissance nominale en fonction de la vitesse de rotation
  24. 24. Résultats finaux  Puissance nominale mécanique = 562,5 W  Rendement de la génératrice = 80%  Puissance nominale électrique = 450 W  Selon l’objectif visé : 4400 Wh = 450 W * t T = 9,78 h d’utilisation à une vitesse de vent ressentie de 11 m/s 23 Puisqu’il y a un producteur énergétique d’appoint, le temps de recharge au quai est réduite à 3h, ce qui permet une économie annuelle de 156 $
  25. 25. Coût de fabrication et des pièces achetées 24 TOTAL = 1 490 $
  26. 26. Conclusion et suggestions 25  L’objectif visé d’une part de production de 20 % à été atteint.  Modèle hybride (H-rotor + Savionus).  Panneau solaire installé au dessus du rotor.
  27. 27. Références  http://www.albemarleboats.com/trailerable/242CCspecificatio ns.html  Hau ,Erich. Wind Turbines fundamentals, Technologies, Application, Economics.  http://www.seatronic.fr/conseil/bilan-energie.php  http://www.windatlas.ca/en/index.php 26

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