Projets innovants en STI génie électrotechnique

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Projets innovants en STI génie
électrotechnique
03/2007
1
Typologie des équipements
pédagogiques innovants :
des applications réelles dont l’échelle de
puissance est compatible avec un
équipement implanté dans ou à proximité
du laboratoire d’étude de systèmes :
des applications réelles distantes dont les
paramètres énergétiques peuvent être
connus à chaque instant (laboratoire de
modélisation des systèmes)
03/2007
Bac.STI – Projets innovants en électrotechnique
Groupe de Réflexion Electrotechnique et Energie
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Typologie des équipements
pédagogiques
des systèmes réels instrumentés au laboratoire
d’étude de systèmes
des matériels ou organes référencés de
constructeurs permettant l’amélioration
énergétique locale d’un équipement ou d’un
produit (espace de montage agencement de
prototype)
des procédés didactiques au laboratoire d’étude
des procédés
- des logiciels et mallettes pour l’approche et la
simulation des systèmes réels. (laboratoire de
modélisation des systèmes)
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Projet innovant en
électrotechnique
Alimenter en énergie une habitation
individuelle
application réelle dont l’échelle de puissance est compatible avec
un équipement implanté dans ou à proximité du laboratoire
d’étude de systèmes
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L’aspect novateur
Intégration de la
notion de
développement
durable :
z
z
z
z
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énergies
renouvelables
(alimenter)
efficacité énergétique
éco-conception
enjeux énergétiques.
Usage de l’énergie
électrique, autres
applications :
z
z
confort des
personnes
tertiaire et habitat
5
L’application du lycée, caractéristiques :
Panneaux en
surimposition sur le toit
(exposition S-SE 20°),
pente 25°
Injection totale de la
production sur le réseau
(fictif)
Tableau d’abonné et
installation avec
appareils d’utilisation
domestique.
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Surface des panneaux :
21 m2
Puissance : 2,8 kW
crête*
Production annuelle :
3200kW.h
z
Consommation d’un
ménage de 4 personnes :
4000 kW.h (hors
chauffage et eau chaude)
6
L’application du lycée : sur le toit.
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Raccordement au réseau :
injection de la totalité de la production.
Le compteur A comptabilise
l’énergie produite localement
Le compteur B comptabilise
l’énergie consommée par l’usager
Convertisseur
Cpteur A
Cpteur C
Compteur B
Appareils
Consommateurs d’énergie
Sens de comptage
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Alimenter en énergie une maison type T4
Réseau
fictif
Protections
générales,
compteurs
Vers le réseau
informatique du
lycée
Conversion,
contrôle,
commande
Analyse locale des données
de la production
Protection
des circuits
d’utilisation
Analyse des grandeurs
électriques
Circuits spécialisés et appareils consommateurs d’énergie :
éclairage, récepteurs type petit électroménager, gros
électroménager, plaque de cuisson (induction) …
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Analyse
énergétique :
consommation,
efficacité
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Etude d’un système distant mais
accessible aux élèves
Alimenter en énergie un
établissement recevant du public
Application réelle dont l’échelle de puissance est incompatible
avec un équipement implanté dans ou à proximité du laboratoire
d’étude de systèmes ,
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Espace nautique de la ville de Colomiers
Bassin ludique
Bassin sportif
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Equipements techniques
Volumes traités par heure :
z
z
1940 m3 d’eau
73 000m3 d’air
Chauffage par:
z
z
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deux chaudières au gaz naturel de 640kW
chacune
récupération de l’énergie thermique du module de
cogénération.
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Equipements techniques
Chaudière
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Echangeur à plaques
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Cogénération
(production de chaleur et d’électricité)
Alternateur
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Moteur thermique à gaz
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Cogénération
Gaz
d’échappement
Eau Chaude (82°C)
Echangeur
170kW
Electrique
Eau (77°C)
Moteur
thermique à gaz
3
~
Alternateur
Echangeur
Alimentation
Gaz
Eau froide (70°C)
Eau de
refroidissement
du moteur
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Cogénération
Puissance électrique :
z
Pélec = 170 kW
Puissance thermique récupérée :
z
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Pth = 282 kW
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Cogénération
(production de chaleur et
d’électricité)
Rendement du groupe moteur-alternateur
sans récupération de chaleur :
z
η = Pélec / Pgaz = 32%
Rendement du groupe moteur-alternateur
avec récupération de chaleur :
z
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η = (Pélec + Pth)/ Pgaz = 85%
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Aspect novateur de l’étude
Intégration de la notion de développement
durable :
z
z
z
z
z
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Complément à l’étude des centrales électriques
thermiques classiques
Amélioration de l’efficacité énergétique
Recherche des conditions de mise en œuvre d’une
cogénération
Enjeux économiques
Enjeux énergétiques
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Exploitations à ce jour
Concours général des lycées – session 2006:
z
Epreuve d’admissibilité
z
z
Epreuve d’admission
z
z
Sujet de la partie écrite,
Support des travaux pratiques
Sujets disponibles sur le site Résélec :
z
http://www.iufmrese.cict.fr/concours/concours.shtml
Sujet du bac blanc GE 2007
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Projet innovant en
électrotechnique
Alimenter en énergie un vélo à
assistance électrique
Système réel instrumenté au laboratoire d’étude de systèmes
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L’application du lycée, principe :
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L’application du lycée, principe :
Moteur 2
Moteur 1
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Etude mécanique et
Images 3D: S DORBE
Lycée BOURDELLE
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L’application du lycée, performances :
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L’application du lycée, caractéristiques :
Entretien
Vélo
Utilisateur
Intempéries
Vélo à
Assistance
électrique
Énergie
Électrique
Pédalier
Norme
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Roue motrice
Règlementation
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L’application du lycée, performances.
• Moteurs débrayables: puissance 240 Watts
• Accumulateur Réservélec: 25V au Lithium-ion (16 Ah)
• Chargeur: sur secteur (220V)
• Transmission : Shimano Sora 24 vitesses
• Poids : 20,8 Kg (vélo complet)
• Autonomie : 100 km en moyenne sur circuit vallonné
•Le rendement depuis le Li-ion jusqu’à la roue
est de 75%.
Stockage de l'énergie : Lithium-ion
Capacité : 16 Ah
Tension : 25 Volts
Coût d'une recharge : 0,05 euro
Poids avec électronique de gestion :
3,2 kg
Durée de vie : 500 cycles
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L’application du lycée, fonctionnement.
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L’application du lycée, exploitations
pédagogiques: construction mécanique.
CI-1 & 2 Analyse structurelle :
• Agencement de composants par fonction
• articulations AF et AS externe/interne
• Outils de représentation
CI-5-2
CI-1 Analyse fonctionnelle :
•Historique, évolutions besoin/solutions
• CdCF
• études comparatives
CI-3 Modélisation des actions
notion de moment.
Mesures + simulation MW et tracé
de courbe pour montrer l'influence
du bras de levier (position de la
pédale)
Chaînes Cinématiques – Lois E/S :
Cône primitif
galet
jante
Et bien plus ….
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L’application du lycée, exploitations
pédagogiques: génie électrique.
CI-1 Structure et architecture des systèmes :
•AF1: analyse fonctionnelle
• R2:Analyse matérielle
CI-6 Commander, moduler et convertir l’énergie:
E10: par modulation de l’énergie
E11: architecture, puissance et rendement d’une chaîne d’énergie
CI-7 Comportement énergétique des systèmes:
E12: étude de la réversibilité des énergies
Et bien plus ….
CI-8 Essais de sytèmes et comportements des systèmes pluritechniques:
E13: Essais des systèmes pilotés et contrôlés pour vérifier les performances
attendues
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Les aspects novateurs
Intégration de la notion de développement durable :
z
z
z
z
z
z
Économiser les énergies fossiles
Contribuer à la réduction des gaz à effet de serre
Diminuer la présence de voitures en ville
Sensibiliser au concept d’Efficacité Énergétique
Comparer les performances des différentes technologies de
batteries
Sensibiliser à la problématique de l’Eco-conception
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Etude d’un système distant non
accessible aux élèves
Alimenter en énergie
des applications réelles dont l’échelle de puissance est
incompatible avec un équipement implanté dans ou à
proximité du laboratoire d’étude de systèmes
des applications réelles distantes dont les paramètres
énergétiques peuvent être connus à chaque instant
(laboratoire de modélisation des systèmes)
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Production d’électricité
d’origine Eolienne en France:
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Éoliennes de Port St Louis
Eoliennes Vestas V52/850
Puissance nominale : 10200 kW
Surface totale des rotors : 25487 m²
Nombre d'aérogénérateurs : 12
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Éoliennes de Port St Louis, caractéristiques
Eoliennes Vestas V52/850
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Exploitations des données sur le gisement
éolien:
Atlas Eolien de l’Aveyron:
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Prise en compte des contraintes:
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Exploitations des données de production
d’un production d’un site éolien:
Données:
•Production des parcs et des aérogénérateurs :
• Production (kWh).
• Facteur de charge.
•Productivité du parc et des éoliennes :
• Comparaison entre la production réelle et théorique.
• Efficacité.
•Pertes de production dans les transformateurs.
•Ressource en vent :
• Distribution des vitesses de vent.
• Roses des vents.
• Météorologie du site.
•Qualité du courant :
• Courant réactif.
• Taux d'harmoniques.
•Variations de tension.
• Stabilité de la fréquence.
•Disponibilité :
• Disponibilité de chaque éolienne en fonction des causes d'arrêt (vent, panne, maintenance, coupure réseau)
• Comparaisons entre éoliennes.
• Disponibilité du réseau.
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Eoliennes, veille technologique
WindWall
WindRotor de Ropatec
Et pourquoi pas ?
WindSide
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Statoéolien de Gual Technologies
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Aspects novateurs:
Système d’étude distant :
z
03/2007
Comment donner du sens à l’étude de problèmes
techniques sur des Eoliennes de 840Kw situés à
plus de 100 km du lycée ???
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Aspects novateurs:
Intégration de la notion de développement
durable :
z
z
z
z
z
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Complément à l’étude des centrales électriques
classiques
Aspect irrégulier de la production d’énergie, impact
sur la stabilité du réseau
Recherche des conditions de mise en œuvre d’une
éolienne, analyse du potentiel éolien d’un site
Enjeux technico-économiques
Impact visuel et sonore
38
Synthèse:
z
z
z
Des systèmes novateurs et attractifs, supports d’un
enseignement basé sur des expérimentations
pertinentes.
Des activités pédagogiques conformes au référentiel
Génie Electrotechnique de 1992 mais qui anticipe l’exfutur bac Environnement et Énergie.
Une équipe d’enseignants, Chefs de Travaux, qui font
un travail de recherche pédagogique sur les
problématiques soulevées par ses supports dans le
cadre d’un groupe de travail GRE2E adossé à l’IUFM et
piloté par l’inspection STI
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GREEE: Groupe de Réflexion sur l’Enseignement de
l’Electrotechnique et de l’Energie
Aspects Energétiques:
(support : systè
système de chauffage
réversible)
Resp : B ROYANNAIS (IA-IPR)
Animateur : Ph RODIER
M LABRAGA
A GASTALDI
O PLOUVIEZ
V RODRIGUES
Aspects Technico-Economiqes :
(RTE, enseignement distance, sites
visitables, parcours de formation…
formation…)
Aspects PhotoVoltaique:
GRE2E
Animateur : P MAUSSION
P LORMEAU
M FABRE
(support : gé
générateur photovoltaï
photovoltaïque de
V Hugo)
Animateur : JL TROCHET
B FLECHE
D SCANDELLA
Aspects Eolien:
(support :parc Eolien de St Louis Port du
Rhône?)
Vélo Assistance Electrique:
Animateur : Ph KALINOWSKI
JeanJean-Marc POTHIER
Support didactisé
didactisé: Vé
Vélo CYBIEN
Animateur : Ph KALINOWSKI
S DORBE
03/2007
GREC
????
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Projets innovants en STI génie électrotechnique

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