Générateur éolien Boland WT6250D175 pour le marché européen

1.1 Assemblage du rotor

Le système de rotor de l'éolienne européenne WT6250D175 est composé de 3 pales, d'un système de calage de pas et d'un moyeu. La pale est fixée à la bague intérieure du palier de calage par des boulons, et la bague extérieure de ce palier est fixée au moyeu.

La vitesse du rotor est régulée par une combinaison de réglage de l'angle de calage des pales et de contrôle du couple du générateur/convertisseur. Le rotor tourne dans le sens horaire en conditions normales de fonctionnement, vu du vent.

L'angle de calage maximal des pales est d'environ 90 degrés, la position zéro degré correspondant à une pale parallèle au vent dominant. Incliner les pales à un angle de calage maximal d'environ 90 degrés permet un freinage aérodynamique du rotor, réduisant ainsi sa vitesse.

Le système de calage utilise un réducteur électrique pour ajuster et maintenir l'angle de calage des pales. Le palier à calage variable transmet la charge des pales au moyeu de l'éolienne européenne, qui entraîne la rotation de l'arbre vers le générateur à boîte de vitesses, lequel produit de l'énergie électrique.

---

2.1 Spécifications de l'éolienne européenne de 6,25 MW

Ce tableau présente les principaux paramètres des éoliennes européennes.

Caractéristiques techniques de l'éolienne WT6250D175 (Europe)

Paramètre	Unité	Paramètre
Puissance nominale Durée de vie du design Classe de conception WTG	kW — —	6250 25 CEI S
Vref	SP	42.5
Vave	SP	7.5
Vitesse nominale du vent	SP	11.1
Iref	—	0.15
Nombre de lames	—	3
Conage du rotor/Inclinaison de l'arbre	°	6/8
Diamètre du rotor	m	175
Plage de températures de fonctionnement standard	°C	-30˚C ~ 45˚C
Plages de températures de survie	°C	-40˚C ~ 50˚C
Hauteur du moyeu	m	105-160 (personnalisable)
Déclenchement de la vitesse du vent	SP	3.0
Coupure de vitesse du vent	SP	25 (découpe souple)
Longueur de la lame	m	86
Matériau de la lame	—	PRFV (polyester renforcé de fibres de verre)
Système de lancer	—	Système électrique
Système de lacet	—	Palier lisse avec bague dentée extérieure
Type de générateur	—	Générateur à induction à double alimentation
Nombre de paires de pôles du générateur	—	4
Fréquence nominale	Hz	50
Facteur de puissance nominale	—	-0,95 à 0,95 (personnalisable)
Tension nominale du générateur	V	1140
Vitesse nominale du générateur	tr/min	1720

---

3   Énergie éolienne européenne Mécanique Conception

3.1 Rotor éolien

L'éolienne européenne est équipée d'un rotor composé de trois pales et d'un moyeu. Ce dernier, de forme sphérique, est en fonte. Chaque pale est dotée d'un système de réglage électrique du pas et d'un système d'alimentation de secours par supercondensateur. En fonction des conditions de vent, l'orientation des pales est ajustée en continu afin d'optimiser la production d'énergie.

Paramètres du rotor

Paramètre	Unité	Valeur
Diamètre	m	175
Zone balayée	m2	24030.6
Vitesse de rotation nominale	tr/min	8.6
Inclinaison du cône/de l'arbre	°	6/8
Vitesse de pointe	SP	78.8

3.2 Pale d'éolienne

La pale de l'éolienne européenne WT6250D175 est constituée de deux coques structurelles collées entre elles et de nervures de cisaillement internes qui renforcent sa rigidité. Conçue pour résister aux charges extrêmes et à la fatigue, elle présente une stabilité aéroélastique et, associée à la configuration de la turbine, limite la déformation en bout de pale afin d'éviter les collisions avec le mât et les résonances.

Paramètres des pales

Paramètre	Unité	Valeur
Longueur de la lame	m	86
Matériel	—	Polyester renforcé de fibres de verre

Système de pointage de puissance éolienne 3.3 Eu

Le système de calage des pales comprend un mécanisme de calage électrique et un système de contrôle du calage. Il utilise trois moteurs à aimants permanents à courant alternatif avec réducteurs planétaires multi-étages et trois ensembles indépendants de supercondensateurs installés sur chaque axe de pale. L'alimentation et les signaux de commande du système de calage sont gérés par des bagues collectrices situées à l'arrière du réducteur.

Le système de commande du pas comprend des moteurs de pas, un réducteur et des roulements. Il assure la rotation des pales selon les instructions et les stratégies de contrôle du contrôleur principal, régulant ainsi l'énergie du vent incident sur la turbine. Le mécanisme de réglage du pas peut également déclencher l'arrêt de la turbine en ramenant les pales en position neutre. Chaque pale nécessite trois actionneurs de pas indépendants pour un fonctionnement synchronisé. Les scénarios de défaillance des pales étant détaillés dans la section relative au calcul des charges, des mesures de redondance doivent être prises lors de la conception du système afin de prévenir les défaillances extrêmes, telles que la panne simultanée des trois pales.

Paramètre du système de pitch

Paramètre	Unité	Paramètre
vitesse de tangage maximale	deg/s	4
Plage d'angles de tangage	deg	0~90
Palier de pas	—	Roulement à trois rouleaux

3.4 Transmission

Le système de transmission comprend principalement l'arbre principal, un palier principal, le réducteur principal avec ses bras de couple et le générateur. Le couple efficace est transmis pour la conversion d'énergie. Les charges non efficaces, telles que le moment de flexion et la poussée du rotor, sont transmises au bâti principal. Des fonctions de freinage de l'arbre de sortie à grande vitesse et de blocage du rotor sont prévues pour la maintenance du rotor et de la transmission de l'éolienne.

3.4.1 Arbre principal

L'arbre principal est relié au moyeu par des boulons afin de transmettre l'énergie de rotation du rotor éolien à la boîte de vitesses.

Paramètre de l'arbre principal

Paramètre	Unité	Valeur
Matériau de l'arbre	—	Forgé

3.4.2 Palier principal

Le palier principal supporte l'ensemble arbre principal. Le palier principal et les bras de couple de la boîte de vitesses forment une structure d'appui à trois points. Le palier principal est un roulement à rouleaux sphériques à deux rangées. Sa bague intérieure est fixée à l'arbre principal, tandis que sa bague extérieure s'emboîte dans le logement du palier.

Paramètre du palier principal

Paramètre	Unité	Valeur
Type de roulement	—	Roulement à rouleaux sphériques à double rangée

3.4.3 Boîte de vitesses éolienne européenne

Composant essentiel du système de transmission d'une éolienne, le réducteur est relié à l'arbre à l'avant et à l'accouplement de l'arbre à grande vitesse et du générateur à l'arrière, afin de transmettre le couple. Le bras de couple du réducteur est fixé au châssis principal par un support élastique. Le réducteur comporte trois étages planétaires et un étage parallèle.

 Paramètre de boîte de vitesses

Paramètre	Unité	Valeur
Rapport	—	195.35
Nombre d'étages d'engrenage	—	3P1H
Refroidissement de l'huile d'engrenage	mm	Refroidissement par eau
Liaison arbre principal-boîte de vitesses	—	Anneau extensible
Connexion boîte de vitesses-générateur	—	Couplage flexible

Système de lacet 3.5

Le système d'orientation est conçu pour contrôler l'orientation de la nacelle par rapport à la direction du vent tout en la fixant au sommet de la tour. Plusieurs moteurs électriques d'orientation, pilotés par le système européen de contrôle des éoliennes, permettent d'ajuster la position de la nacelle par rapport à la tour lorsque l'orientation du rotor n'est pas face au vent dans les limites de tolérance moyennes admissibles. La rotation de chaque moteur d'orientation est transmise par un multiplicateur d'orientation à un pignon qui s'engrène avec la roue dentée à palier lisse montée sur la tour.

Paramètre du système de lacet

Paramètre	Unité	Valeur
Conduite de lacet	—	Entraînement électrique externe
Type de roulement de lacet	—	Palier lisse
Type de frein	—	Ressort précontraint
Nombre de moteurs d'entraînement de lacet	—	18
Nombre de freins de lacet	—	13

3.6 Plaque de lit et cadre arrière

Le bâti supporte principalement la chaîne de transmission et les composants de lacet, et supporte la charge transmise par les roulements et le carter de boîte de vitesses, positionnant la couronne dentée de lacet, le système d'entraînement et le système de freinage de lacet, et supportant la charge de blocage du rotor. Le châssis arrière est principalement utilisé pour supporter le générateur et d'autres composants.

Sommier et cadre arrière

Paramètre	Unité	Valeur
Type de plaque de lit	-	Fonderie
Cadre arrière	-	Structure soudée

3.7 Nacelle

La nacelle modulaire abrite l'ensemble de la nacelle et ses composants internes. À l'avant se trouve le système de transmission. Le générateur est situé à l'arrière droit et le convertisseur à l'arrière gauche. Le transformateur est également situé à l'arrière. Une station de pompage d'eau, placée à l'extrême arrière gauche de la nacelle, alimente en eau le refroidisseur situé sur le toit de la nacelle afin de refroidir la boîte de vitesses, le générateur, le transformateur et le convertisseur.

---

4   Conception électrique

4.1 Générateur d'éolienne européen

L'éolienne européenne WTG est de type DFIG à 4 paires de pôles. Le générateur est conçu pour une installation horizontale et est équipé d'un système de refroidissement par eau. 

Spécifications du générateur

Paramètre	Unité	Valeur
Puissance nominale	kW	6400
Taper	—	Générateur à induction à double alimentation
Nombre de pôles	-	4
méthode de refroidissement	—	refroidissement par eau
Tension nominale	V	1140
Vitesse de sortie nominale	tr/min	1720
Fréquence nominale du générateur	Hz	50

4.2 Convertisseur d'éolienne européen

Le système de conversion comprend un circuit de distribution basse tension, un convertisseur complet, ainsi que des circuits de puissance, de commande et de protection de distribution. Le convertisseur côté rotor est connecté au rotor de l'alternateur à double alimentation, tandis que le convertisseur côté réseau est connecté au réseau électrique. Le convertisseur côté rotor contrôle le couple de l'alternateur et la puissance réactive échangée entre le stator et le réseau en générant des tensions triphasées d'amplitudes et de fréquences différentes. Le convertisseur côté réseau échange de la puissance active avec le réseau. L'amplitude de cette puissance active correspond à la puissance active absorbée ou émise par le convertisseur côté rotor.

Un convertisseur de puissance partiel est utilisé, ce qui signifie que le système électronique de puissance du convertisseur représente environ 301 TP3T de la capacité de la DFIG. Cependant, la pleine puissance qui traverse l'ensemble du système de conversion, incluant le système électronique de puissance et les systèmes électriques tels que le disjoncteur principal et le contacteur statorique, est égale à la puissance nominale de l'éolienne.

Le système de conversion comprend un convertisseur côté rotor, un circuit intermédiaire à courant continu et un onduleur côté réseau. Il est constitué d'un module de puissance et des équipements électriques associés.

Spécifications du convertisseur

Paramètre	Unité	Valeur
méthode de refroidissement	—	refroidissement par eau
Capacité	—	Environ 30% de puissance nominale WTG
Fréquence nominale du générateur	Hz	50

4.3 Transformateur

L'éolienne européenne de 6,25 MW est raccordée au réseau du parc éolien via un transformateur élévateur. Ce transformateur, triphasé à trois colonnes et deux enroulements, est de type sec et situé à l'arrière de la nacelle. La tension nominale côté haute tension (HT) du transformateur est généralement de 35 kV, et ce dernier assure la régulation de la tension à vide. La tension côté basse tension (BT) est de 1140 V.

4.4 Appareillage de commutation haute tension

Un appareillage haute tension est installé à la base de la tour et fait partie intégrante de l'éolienne. L'état de cet appareillage et des dispositifs de sécurité haute tension de l'éolienne est surveillé par le système de contrôle de l'éolienne. En cas de déclenchement du disjoncteur suite à la détection d'un défaut, sa réenclenchement est manuel. L'appareillage comporte trois paramètres variables, dépendant du nombre de câbles de réseau alimentant l'éolienne autonome.

---

5 Grille Spécifications de performance 50 Hz

Cette éolienne européenne de 6,25 MW possède des capacités de régulation primaire de fréquence, la capacité de contrôler la puissance active et réactive rapidement, précisément et sur une large plage, et la capacité de produire une excellente qualité d'énergie.

Cette éolienne européenne est capable de résister aux défauts de tension (haute et basse), de gérer l'inertie et d'assurer une régulation primaire de fréquence. Elle permet un contrôle rapide, précis et étendu de la puissance active et réactive, et garantit une excellente qualité d'énergie. Elle détecte automatiquement les oscillations sous-synchrones et supra-synchrones des unités et met en œuvre des stratégies de suppression des oscillations.

---

6 Système de sécurité

6.1 Système Lightning

Le système de protection contre la foudre (LPS) contribue à protéger l'éolienne contre les dommages matériels causés par la foudre. Le LPS se compose de plusieurs éléments :

1.    Récepteurs de foudre et câbles conducteurs descendants dans/sur la lame
2.    Protection contre les surtensions et les surintensités
3.    Protection contre les champs magnétiques et électriques
4. Système de mise à la terre

6.2 Accès

L'accès à l'éolienne européenne de 6,25 MW se fait par une porte située sur la plateforme d'entrée, à environ 3-4 mètres du sol. Cette porte est équipée d'une serrure. On peut accéder au sommet de l'éolienne par l'ascenseur de service à l'intérieur de la tour ou par une échelle. Le port d'un équipement antichute est obligatoire. Une échelle permet d'accéder à la nacelle depuis le sommet de la tour, à environ 10 mètres.

La nacelle se compose du corps principal qui abrite la transmission. Des passerelles longent la transmission de part et d'autre et se trouvent à l'arrière du corps principal de la nacelle.

Une fois le générateur de l'éolienne européenne de 6,25 MW arrêté et verrouillé conformément aux exigences, on accède au moyeu par une trappe située sous la transmission. L'échelle à l'intérieur de la nacelle permet ensuite de rejoindre le sommet de celle-ci.

6.3 HSE

L'éolienne européenne de 6,25 MW est conçue conformément aux exigences de la norme EN50308 afin de prendre en compte tous les risques possibles pour la santé et la sécurité au travail, et ainsi préserver la santé et la sécurité du personnel.

1.  Garantir un espace de travail sûr et conforme aux normes de sécurité, comprenant des plateformes, des garde-corps, des caniveaux de sécurité et une conception anti-électrocution afin de prévenir les accidents.
2.  Installez des panneaux de signalisation de sécurité pour rappeler au personnel d'exploitation tout danger potentiel.
3.  Points d'ancrage pour le personnel travaillant en hauteur.
4.  Système d'évacuation d'urgence pour guider l'évacuation en cas d'urgence.
5.  Fournir des exigences en matière de protection de l'environnement, notamment en ce qui concerne la gestion des déchets dangereux, les économies d'énergie et la protection de l'environnement.
6. Établir les exigences relatives aux limites des facteurs dangereux tels que le bruit et les rayonnements, conformément aux exigences en matière de santé au travail.
7. Tous les étages sont dotés de surfaces antidérapantes. Chaque section de tour comprend un étage.