Le coefficient de puissance, C p {\displaystyle C_ {p}}
est une quantité qui exprime la fraction de la puissance du vent extraite par l’éolienne. Il est généralement supposé être fonction à la fois du rapport pointe-vitesse et de l’angle de tangage. Voici un graphique de la variation du coefficient de puissance avec des variations du rapport pointe-vitesse lorsque le pas est maintenu constant:
Le cas des éoliennes à vitesse variable
À l’origine, les éoliennes étaient à vitesse fixe. Ceci présente l’avantage que la vitesse du rotor dans le générateur est constante, donc la fréquence de la tension alternative est fixe. Cela permet à l’éolienne d’être directement connectée à un système de transmission. Cependant, d’après la figure ci-dessus, nous pouvons voir que le coefficient de puissance est fonction du rapport pointe-vitesse. Par extension, le rendement de l’éolienne est fonction du rapport pointe-vitesse.
Idéalement, on aimerait avoir une turbine fonctionnant à la valeur maximale de C p {\displaystyle C_ {p}}
à toutes les vitesses du vent. Cela signifie que lorsque la vitesse du vent change, la vitesse du rotor doit être telle que C p = C p m a x {\displaystyle C_{p} = C_{p~max}}
. Une éolienne à vitesse de rotor variable est appelée éolienne à vitesse variable. Bien que cela signifie que l’éolienne fonctionne à ou à proximité de C p m a x {\displaystyle C_{p ~max}}
pour une plage de vitesses de vent, la fréquence du générateur de tension alternative ne sera pas constante. Cela peut être vu dans l’équation suivante:
N = 120 f P {\displaystyle N = {\frac{120f} {P}}}
où N {\displaystyle N}
est la vitesse angulaire du rotor, f {\displaystyle f}
est la fréquence de la tension alternative générée dans les enroulements du stator, P {\displaystyle P}
est le nombre de pôles dans le générateur à l’intérieur de la nacelle. Autrement dit, la connexion directe à un système de transmission pour une vitesse variable n’est pas autorisée. Ce qui est requis est un convertisseur de puissance qui convertit le signal généré par le générateur à turbine en courant continu, puis convertit ce signal en un signal alternatif avec la fréquence du réseau / système de transmission.
Le cas des éoliennes à vitesse variable
Comme déjà mentionné, les éoliennes à vitesse variable ne peuvent pas être directement connectées à un système de transmission. L’un des inconvénients de ceci est que l’inertie du système de transmission est réduite à mesure que des éoliennes à vitesse plus variable sont mises en ligne. Cela peut entraîner des baisses plus importantes de la fréquence de tension du système de transmission en cas de perte d’une unité génératrice. De plus, les éoliennes à vitesse variable nécessitent une électronique de puissance, ce qui augmente la complexité de la turbine et introduit de nouvelles sources de pannes. Il a également été suggéré que la capture d’énergie supplémentaire obtenue en comparant une éolienne à vitesse variable à une éolienne à vitesse fixe est d’environ 2%.