Modélisation des systèmes éoliens verticaux intégrés aux bâtiments : modélisation du couple production / Bâtiment

Modeling of vertical axis wind systems integrated into buildings : modeling of coupling between Production / Buildings

• Auteur / Autrice : Placide Jaohindy
• Direction : François Garde
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et environnement
• Date : Soutenance le 20/08/2012
• Etablissement(s) : La Réunion
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion ; 2010-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : piment
• Jury : Président / Présidente : Jean-Claude Gatina
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Garde, Jean-Claude Gatina, Belkacem Zeghmati, Jean-Marie Razafimahenina, Bienvenue Ranaivo Rabehaja, Alain Bastide, Jean-Philippe Praëne, Victor Razafinjato
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Belkacem Zeghmati, Jean-Marie Razafimahenina, Bienvenue Ranaivo Rabehaja

Mots clés

Mots clés contrôlés

Air -- Écoulement

Mécanique des fluides

Éoliennes à axe horizontal

Modèles mathématiques

Éoliennes à axe vertical

Mots clés libres

Éolienne à axe vertical (VAWT)

Éolienne à axe horizontal (HAWT)

Rotor Savonius

Intégration architecturale

Modélisation numérique

CFD

Modélisation éléctrique

Vertical axis wind turbine (VAWT)

Horizontal axis wind turbine (HAWT)

Rotor Savonius

Architecural integration of wind turbine

Numerical modeling.

CFD

Electrical modeling.

Résumé

La technique d'intégration des systèmes éoliens verticaux (VAWT) au service des logements individuels, collectifs et tertiaires est une approche intéressante pour les acteurs de la maitrise d'énergie pour promouvoir une utilisation rationnelle de l'énergie. Le choix de l'implantation d'une éolienne en milieu urbain est déterminé par la hauteur des bâtiments, la vitesse du vent et l'intensité de turbulence du site. Les conditions de vents sévères à faible altitude sont favorables à une implantation de VAWT. Dans certaines villes, la hauteur moyenne des bâtiments est relativement faible et ceci fait qu'en ces lieux, les VAWTs sont appréciables par rapport aux HAWTs. La mécanique des fluides numériques (CFD) est mise en œuvre pour modéliser les écoulements d'air au travers d'éoliennes et des bâtiments. Un problème CFD modélisé avec un modèle de turbulence approprié donneront des résultats de simulations qui s'approcheront des réalités physiques et des résultats de l'expérimentation. Dans cette étude, les modèles standard k-'' et SST k-! ont été utilisés. Après analyse des possibilités d'intégration d'une VAWT, la toiture reste la zone d'intégration la plus intéressante. En plus de l'étude aérodynamique, nous avons entamé une modélisation électrique de la chaîne de conversion de l'éolienne en utilisant le logiciel Matlab/Simulink. Le travail a été effectué dans le but de déterminer la puissance électrique susceptible d'être produite par l'éolienne. Pour finaliser cette étude, un modèle de couplage électrique de VAWTs avec un bâtiment considéré comme un modèle de charge est présenté.

The building integration of the vertical axis wind turbine (VAWT) to supply the individual, collective and tertiary residences consumption is an interesting approach that can help architects and the actors of the energy control to promote a rational use of renewable energy in the in homes. The choice of the location of the urban wind turbine type is determined by building height, wind speed and turbulence intensity of the site. The severe conditions of wind at low altitude are favorable for a VAWT installation. In some cities, the average buildings height is low, in these places, the VAWTs must be appreciable compared to the HAWTs. The modelling of the air flow through the wind turbine and the couple building-wind turbine involves the computation fluid dynamics (CFD). A problem modeled with a suitable turbulence model will give results that approach the physical reality and the experiment results. In this study, the standard k-'' and SST k-! models were used. After analyzing the possibilities of VAWT integration, the roof is the most interesting integration area. In addition to CFD method, we have started to study the electrical model of the VAWT. The work was conducted to determine the electrical power generated by the wind turbine using Matlab/Simulink software. To complete the study, a VAWT model coupled with a building where the building is considered as a consumption model is presented.