OPTIMISATIONS MULTICRITERES DE LA PRODUCTION DE L’ENERGIE ELECTRIQUE
ETAT DE L’ART SUR LA CONVERSION DES SOURCES D’ENERGIES RENOUVELABLES
L’électricité, forme propre de l’énergie par excellence, est aujourd’hui produite, à près de 80 %, à partir de combustibles fossiles (pétrole, gaz,…) ou fissiles (nucléaire), ressources épuisables et polluantes à la fois [1.01]. La production électrique à partir de combustibles fossiles est à l’origine de 40% des émissions mondiales de CO2 [1.02]. Associé à l’augmentation progressive de la consommation d’énergie sous toutes ses formes, les effets polluants dûs principalement par l’utilisation des énergies fossiles sont au cœur de la problématique du développement durable et de l’environnement. Face à cette réalité, les recherches tendent vers la promotion des énergies renouvelables qui sont à la fois écologique, inépuisable et gratuite. D’ici 10-20 ans, tout système énergétique durable sera basé sur l’utilisation rationnelle des sources traditionnelles et sur un recours accru aux énergies renouvelables [1.03]. Nous nous intéresserons dans ce chapitre à la méthode de conversion des sources des énergies renouvelables, en particuliers les énergies solaires et éoliennes. Des techniques et des méthodes d’intégration des énergies produites au réseau seront développés car le caractère aléatoire des énergies nouvelles nécessite un dimensionnement et une utilisation particulière afin de les exploiter au mieux. 1.2Bilan énergétique mondiale Face aux enjeux planétaires posés par l’épuisement prochain des ressources énergétiques fossiles ainsi que les problèmes causés pour le respect de l’environnement, le développement durable de la planète entraine le développement ainsi que la promotion des énergies renouvelables. La consommation mondiale d’énergie ne cesse de croitre [1.04], [1.05]. La figure 1.01 illustre l’augmentation ainsi que la prévision de la consommation énergétique mondiale [1.06]:
Compte tenu de l’augmentation de la demande énergétique mondiale, la figure 1.02 montre la répartition en termes d’énergie primaire dans le monde pour toutes les ressources actuelles. En se basant sur cette figure, plus de 80 % de la production d’énergie est obtenue par des matières fossiles comme le pétrole, le charbon, le gaz naturel ou de l’énergie nucléaire, ce qui entraine une forte pollution environnementale qui est due au rejet des gaz à effet de serre [1.07], et provoquant ainsi un changement climatique irréversible ou, dans le cas du nucléaire, une pollution par radiations de longue durée pose un problème du stockage des déchets radioactifs non résolu [1.08]. Figure 1.02 : Répartition mondiale des sources d’énergie primaire. 6 Malgré ces statistiques, le paradoxe actuel qui caractérise le continent Africain dans le domaine de l’électrification est désolant. L’Afrique est totalement dans l’obscurité alors que ces ressources énergétiques renouvelables (sans prendre en compte les ressources fossiles) sont abondantes [1.09]. Cette situation est illustrée sur la figure 1.03 qui est une image satellite prise la nuit : Figure 1.03 : Image satellite montrant le niveau d’électrification de l’Europe, du Moyen Orient et de l’Afrique. Pour le cas de Madagascar, l’installation d’énergie électrique est environ de 1500 GW [1.10] dont 70% de l’installation est d’origine thermique et 25% d’origine hydraulique pour un nombre d’habitants d’environ 26 millions, ce qui explique les pénuries d’électricité et par conséquent les délestages fréquents dans presque toute l’île. Pour l’utilisation des énergies sources primaires, Madagascar utilise moins de 1% de source d’énergie renouvelable.
Conversion des sources d’énergies renouvelables
Contexte de la conversion d’énergie éolienne La ressource éolienne provient du déplacement des masses d’air qui est dû indirectement à l’ensoleillement de la Terre. Par le réchauffement de certaines zones de la planète et le refroidissement d’autres, une différence de pression est créée et les masses d’air sont en perpétuel déplacement. Après avoir pendant longtemps oublié cette énergie pourtant exploitée dès l’antiquité, elle connaît depuis environ 30 ans un essor sans précédent notamment dû aux premiers chocs pétroliers. A l’échelle mondiale, l’énergie éolienne depuis une dizaine d’années maintient une croissance de 30% par an. En Europe, principalement sous l’impulsion allemande, scandinave et espagnole, on comptait en 2000 environ 15000 MW de puissance installée. Actuellement, la capacité éolienne installée dans le monde est environ 300000 MW, et l’Europe représente la 30% de cette installation [1.12]. Figure 1.04 : Puissance éolienne cumulée dans le monde en [MW].
Principe de conversion de l’éolienne
Son principe est la transformation de l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique puis en énergie électrique selon la figure 1.05 [1.14]: Figure 1.05 : Système de conversion de l’énergie cinétique du vent. La conversion de cette énergie est régie par la relation 1.01 [1.15]: 𝐸𝑐 = 1 2 𝑚𝑣 2 (1.01) m : est la masse d’air ; v : la vitesse de l’air Cette vitesse du vent peut être modélisée par la fonction analytique [1.16]: 𝑉𝑣 (𝑡) = 10 + 0.2 sin(0.1047𝑡) + 2 sin(0.2665𝑡) + sin(1.2930𝑡) + 0.2 sin(3.6645𝑡) (1.02) Démonstration : ♣ En faisant des prélèvements annuels sur les données météorologiques et après avoir fait un lissage polynomial sur les données en fonction du temps, on obtient l’équation 1.02 ♦
Eléments constitutifs de la chaine de conversion éolienne
La chaine de conversion éolienne représente en majeure partie l’essence d’une éolienne. Les éléments constitutifs de cette chaine de conversion sont illustrés par la figure 1.06 [1.3] : Figure 1.06 : Schéma de la chaîne de conversion éolienne.
La turbine
C’est un dispositif constitué par des pâles entraînant une génératrice à l’aide d’un multiplicateur de vitesse de gain G. La puissance instantanée reçue par l’énergie cinétique du vent s’exprime par l’équation 1.03 si cette énergie peut être récupérée complètement [1.17]:
TENY FISAORANA |
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