Systèmes de régulation de la vitesse de rotation de l’éolienne

1 Système à décrochage aérodynamique "stall"

La plupart des éoliennes connectées au réseau électrique nécessitent une vitesse de rotation fixe pour des raisons de cohérence de fréquence avec le réseau. Le système de limitation de vitesse le plus simple et le moins coûteux est un système de limitation naturelle (intrinsèque à la forme de la pale) dit "stall". Il utilise le phénomène de décrochage aérodynamique. Lorsque l’angle d’incidence i devient important, c’est à dire lorsque la vitesse du vent dépasse sa valeur nominale Vn, l’aspiration créée par le profil de la pale n’est plus optimale ce qui entraîne des turbulences à la surface de la pale (Figure 1-7) et par conséquent une baisse du coefficient de puissance. Ceci empêche alors une augmentation de la vitesse de rotation. Ce système est simple et relativement fiable mais il manque de précision car il dépend de la masse volumique de l'air et de la rugosité des pales donc de leur état de propreté. Il peut, dans certains cas, être amélioré en autorisant une légère rotation de la pale sur elle-même (système "stall actif") permettant ainsi de maximiser l’énergie captée pour les faibles vitesses de vent. Pour les fortes vitesses de vent, la pale est inclinée de façon à diminuer l’angle de calage 􀈕 et renforcer ainsi l’effet "stall" de la pale. La répercussion des variations de la vitesse du vent sur le couple mécanique fournie par l’éolienne est ainsi moins importante [4].
2. Système d'orientation des pales "pitch"

Il utilise la variation de l’angle de calage des pales (figure 1-8). En variant l’angle d’incidence de la pale, on modifie le rapport entre les composantes de portance et de traînage.
L’angle d’incidence optimal conduit à la puissance maximale disponible. En général, la modification
de l’angle de calage de la pale de l’éolienne permet quatre actions distinctes :
le démarrage à une vitesse du vent Vd plus faible ;
l’optimisation du régime de conversion de l’énergie, quand la vitesse du vent évolue entre les limites [Vd, Vn] en complément de la vitesse variable dans une plage relativement réduite
(1 à 2 voire 1 à 3 pour un rapport Vn/Vd de l’ordre de 4 à 5) ;
 la régulation par limitation de la puissance pour V >Vn 
la protection de l’éolienne contre les vents trop violents, par la mise en « drapeau » des pales de l’hélice. On remarque que ce système intervient dans le fonctionnement de la turbine, par la variation du calage 􀈕, de manière prépondérante depuis le démarrage (figure 1-9)
(zone I) et dans le régime de régulation de vitesse (zone II et III) jusqu’au phénomène de décrochage aérodynamique (zone IV) de la turbine [17].