Guide de choix pour la production d'énergie éolienne : comment choisir le générateur le plus adapté ?

L’essentiel de la production d’énergie éolienne est de convertir de manière efficace et fiable l’énergie éolienne en énergie électrique, et le choix du générateur affecte directement les performances et le coût du système. Les principaux types d'éoliennes actuels comprennent les générateurs asynchrones, les générateurs à induction à double alimentation et les générateurs synchrones à aimant permanent, chacun ayant ses propres avantages et inconvénients, qui doivent être adaptés en fonction du scénario d'application.

1. Générateur asynchrone : un choix économique pour les débutants

Principe : En générant de l'électricité par induction électromagnétique, la vitesse du rotor est légèrement supérieure à la vitesse synchrone et la puissance réactive doit être absorbée par le réseau électrique.
Avantages:

Structure simple : sans balais et bague collectrice, faible coût de maintenance, adapté aux environnements difficiles.

Prix ​​bas : Technologie mature, faible investissement initial.

Inconvénients:

Le rendement est moyen : les pertes d'excitation entraînent un rendement d'environ 85% -90%.

Une compensation de puissance réactive est nécessaire : des condensateurs ou des dispositifs de compensation supplémentaires doivent être configurés, sinon cela affectera la tension du réseau.

Scénarios applicables : Systèmes éoliens de petite et moyenne taille, zones à haute stabilité du réseau (comme l'énergie éolienne distribuée en milieu rural).

2. Générateur à induction à double alimentation (DFIG) : équilibre entre efficacité et coût

Principe : Le stator est directement connecté au réseau et le rotor est connecté au réseau via un onduleur pour obtenir un fonctionnement à vitesse variable et à fréquence constante.
Avantages:

Fonctionnement à vitesse variable : il peut générer efficacement de l'électricité dans une plage de vitesse du vent de 3 à 25 m/s, élargissant ainsi la gamme d'utilisation de l'énergie éolienne.

Conversion de puissance partielle : seulement 25 à 30 % de la puissance côté rotor doit être traitée et le coût du convertisseur est faible.

Support de puissance réactive : Fournit une compensation de puissance réactive via des onduleurs pour améliorer la stabilité du réseau.
Inconvénients:

Structure complexe : nécessite une boîte de vitesses et une bague collectrice, avec un taux de défaillance mécanique élevé.

Scénarios applicables : Grands parcs éoliens terrestres, zones à fortes fluctuations de la vitesse du vent (telles que les zones montagneuses et les régions côtières).

3. Générateur synchrone à aimant permanent (PMSG) : un avenir efficace et nécessitant peu d'entretien

Principe : En utilisant des aimants permanents pour générer un champ magnétique, il n'y a pas besoin d'excitation externe, ce qui se traduit par une efficacité supérieure.
Avantages:

Haute efficacité : aucune perte d'excitation, l'efficacité peut atteindre plus de 95 %, particulièrement adaptée aux zones à faible vitesse de vent.

Structure compacte : Suppression des balais électriques et des bagues collectrices, faible taux de défaillance et coûts de maintenance réduits de plus de 30 %.

Avantages de l'entraînement direct : Directement connecté aux lames (sans réducteur), réduisant le bruit de 10 à 15 décibels.

Inconvénients:

Coût élevé : le prix des matériaux magnétiques permanents (tels que le néodyme fer bore) fluctue considérablement et l'investissement initial est élevé.

Scénarios applicables : énergie éolienne offshore, zones intérieures à faible vitesse de vent et environnements sensibles au bruit (comme à proximité des zones résidentielles).

4. Comment choisir ? L'essentiel est de se concentrer sur ces trois points.

Conditions de vitesse du vent:

Zone de faible vitesse du vent (vitesse moyenne annuelle du vent<6 m/s) : Choisissez un générateur synchrone à aimant permanent (avec un rendement plus élevé).

Zone de vent fort : générateur à double alimentation ou générateur asynchrone (coût moindre).

Exigences du réseau:

Un réseau à courant faible peut nécessiter un support de puissance réactive : générateur à double alimentation (avec réglage flexible du facteur de puissance).

Réseau électrique puissant : les générateurs asynchrones et synchrones à aimants permanents conviennent tous deux.

Coût et entretien:

Budget initial limité : générateur asynchrone (prix 20% à 30% inférieur).

Sensibilité d'exploitation et de maintenance à long terme : générateur synchrone à aimants permanents (réduction des coûts de maintenance de 40 % sur 10 ans).

5. Tendance : les générateurs synchrones à aimant permanent à entraînement direct deviennent courants

Grâce aux progrès technologiques, les générateurs synchrones à aimant permanent à entraînement direct (sans réducteurs) deviennent le choix privilégié pour l'énergie éolienne offshore et les zones à faible vitesse de vent. Ses avantages incluent:

Amélioration de la fiabilité : Réduisez les points de défaillance mécanique de 50 % et prolongez la durée de vie à plus de 25 ans.

Optimisation de l'efficacité : le convertisseur pleine puissance assure la protection contre les pannes du réseau électrique (LVRT) et s'adapte aux réseaux électriques faibles.

Adaptation environnementale : faible bruit, pas de pollution pétrolière, adapté aux exigences de protection écologique marine.

cas

Éolienne offshore danoise Vestas V236-15,0 MW : utilisant la technologie d'aimant permanent à entraînement direct, avec une production d'énergie annuelle de plus de 80 GWh par unité.

Éolienne terrestre China Goldwind Technology GW82-1,8 MW : conception à entraînement direct à aimant permanent, peut commencer à produire de l'électricité à une vitesse du vent de 3 m/s.

Conclusion

Le choix des éoliennes nécessite un équilibre entre efficacité, coût et fiabilité. Pour la plupart des projets:

Eolien terrestre : générateur à double alimentation (équilibre performance et prix).

Éolien offshore : générateur synchrone à aimant permanent à entraînement direct (haute fiabilité, faible maintenance).

Énergie éolienne distribuée : générateurs asynchrones (faible coût) ou générateurs synchrones à aimants permanents (haut rendement).

Avec la baisse du coût des matériaux à aimants permanents et la maturité de la technologie d’entraînement direct, la production d’énergie éolienne sera plus efficace, plus silencieuse et plus durable à l’avenir.