Système d’énergie hybride SEH
Le terme «Système d’Energie Hybride» fait allusion aux systèmes de génération d’énergie électrique utilisant plusieurs types de sources. La combinaison des sources d’énergie renouvelable comme l’éolienne, le photovoltaïque ou les petites centrales hydroélectriques peut constituer un complément ou une alternative aux groupes électrogènes diesels. Les systèmes d’énergie hybrides sont généralement autonomes par rapport aux grands réseaux interconnectés et sont souvent utilisés dans les régions isolées mais la présence du générateur diesel dans ce type de système hybride autonome suscite certaines discussions quand aux notions de propreté et de durabilité. Les principaux avantages d’un système hybride sont :
La possibilité de combiner deux ou plusieurs sources d’énergie renouvelables basée sur les ressources naturelles. Protection de l’environnement, notamment en termes de la réduction des émissions de CO2. Faible coût de l’énergie éolienne. La diversité et la sécurité d’approvisionnement. Les ressources solaires et éoliennes sont gratuites et inépuisables .
Définition et missions des systèmes hybrides
Un système d’énergie hybride (SEH) est défini comme une installation utilisant deux ou plus des technologies de la génération d’énergies : une ou plusieurs sources de production d’énergie classique (groupe diesel en général) et au moins une source de production d’énergies renouvelables. L’objectif d’utiliser des technologies multiples est de réunir les avantages et les meilleures caractéristiques opérationnelles de chaque système .
Les performances d’un SEH (le rendement et la durée de vie) sont influencées d’une part par sa conception, c’est-à-dire le dimensionnement des composants, le type de composants et leur l’architecture etc. dont dépend le choix de la stratégie de fonctionnement. Notons que quelques paramètres permettent d’évaluer leurs performances qui sont : l’économie du carburant, le coût du kW, le nombre et la durée des pannes, le nombre d’arrêts pour l’entretien etc.
Architecture des SEH
En plus d’un ou plusieurs générateurs diesels (GD) et d’au moins une source d’énergie renouvelable, un SEH peut aussi incorporer un système de distribution à courant alternatif (CA), un système de distribution à courant continu (CC), un système de stockage, des convertisseurs, des charges, des charges de délestage et une option de gestion des charges ou un système de supervision. Tous ces composants peuvent être connectés en différentes architectures ; Dans la plupart des cas, les systèmes hybrides classiques contiennent deux bus : un bus à CC pour les sources, les charges à CC et les batteries et un bus à CA pour les générateurs à CA et le système de distribution. Les sources d’énergie renouvelable peuvent être connectées au bus à CA ou à CC en fonction de la dimension et la configuration du système. L’interconnexion entre les deux bus peut être réalisée par l’intermédiaire de l’´électronique de puissance : onduleurs/redresseurs ou convertisseurs bidirectionnels. Sachant qu’à part la charge principale, un système hybride peut contenir aussi des charges auxiliaires (charge différée, charge optionnelle, charge de délestage) pour réaliser l’équilibre énergétique. Si la charge principale est alimentée sans interruption, les charges auxiliaires sont alimentées en énergie par ordre de priorité, seulement quand il existe un surplus d’énergie. Ainsi, dans un SEH avec des batteries de stockage et charges auxiliaires, s’il existe un excès d’énergie (venant des sources d’énergie renouvelable et des diesels), celui-ci passera d’abord dans les batteries et ensuite il sera utilisé pour alimenter les autres charges auxiliaires en fonction de leur priorité. Dans un tel système, les batteries de stockage jouent un double rôle : charge et source.
Système Hybride Eolien-Diesel (SHED)
Dans les systèmes isolés qui associent des turbines éoliennes et des machines génératrices diesel la distribution est faite en CA. Cette association de système de génération est nommée (wind-diesel). Ces systèmes produisent de l’énergie avec une ou plusieurs sources éoliennes afin de réduire la consommation du carburant tout en gardant une qualité de l’énergie acceptable. Sachant que économiquement la justification de l’investissement du choix de l’équipement nécessaire pour en profiter du maximum de l’énergie du vent doit influer sur la récupération de l’économie réalisée sur le carburant. A cause de la grande quantité de mini-réseaux isolés dont l’énergie primaire est le pétrole, dans les pays développés ou dans les pays en voie de développement, le marché pourra réadapter ces systèmes en systèmes hybrides avec des sources renouvelables de faible coût, comme l’éolien, est substantiel .
Importance de l’hybridation entre l’éolien et le diesel
Le SHED représente une solution intéressante pour l’électrification des consommateurs dans les sites isolés même s’il est très complexe comparativement aux solutions courantes mono-source. Le SHED présente par contre un intérêt évident considérable par sa flexibilité incomparable, sa souplesse de fonctionnement et son prix de revient vraiment attractif. Ceci permet d’optimiser au maximum le système de production d’électricité, aussi bien du point de vue technique et économique. Cette façon de concevoir l’intégration éolienne :
génère des économies de carburant beaucoup plus intéressantes qu’une génératrice diesel fonctionnant seule.
permet de réduire les déficits d’exploitation des réseaux autonomes en apportant des économies sur l’entretien et sur le coût de remplacement des groupes diesels.
assurant en tout temps l’énergie suffisante demandée par la charge et c’est possible produisant le maximum d’énergie à partir des éoliennes, tout en maintenant une qualité déterminée d’énergie fournie . permet de palier pendant une durée limitée une indisponibilité partielle ou totale de la source d’énergie (vent).
Un système hybride éolien-diesel doit notamment : obéir à des règles d’exploitation en temps réel basées sur une priorité économique des ressources énergétiques disponibles.
compter sur une gestion automatisée des composants du système afin de garantir la stabilité du système en tout temps en incluant les transitions entre les différents modes d’opération du système.
De plus, l’économie de carburant et la baisse de prix obtenus par la génération hybride doivent au moins couvrir l’investissement assuré pour les générateurs éoliens et les autres composants auxiliaires du système. Un système de régulation performant qui maintient les groupes diesel au-dessus de leur puissance minimum de bon fonctionnement permettra d’optimiser leur fiabilité et le taux de pénétration de l’énergie éolienne.
Table des matières
Introduction Générale
Chapitre 1 Conception d’un système hybride éolien-diesel
1.1 Introduction
1.2 Système d’énergie hybride SEH
1.3 Définition et missions des systèmes hybrides
1.4 Architecture des SEH
1.4.1 Architecture à bus à CC
1.4.2 Architecture mixte à bus à CC/CA
1.5 Classification des SEH
1.6 Dimensionnement des SEH
1.7 Système Hybride Eolien-Diesel (SHED)
1.7.1 Description du SHED
1.7.2 Principaux composants d’un SHED
1.8 Importance de l’hybridation entre l’éolien et le diesel
1.9 Régimes de fonctionnement d’un SHED
1.10 Nécessité du stockage d’énergie pour le SHED
1.11 Conclusion
Chapitre 2 Généralités sur les systèmes éoliens
2.1 Introduction
2.2 Description d’une éolienne
2.2.1 La tour
2.2.2 La nacelle
2.2.3 Le rotor
2.3 Différents types d’aérogénérateurs
2.3.1 Eoliennes à axe vertical
2.3.2 Eoliennes à axe horizontal
2.4 Les Systèmes éoliens : principes de fonctionnement
2.4.1 Principe de conversion
2.4.2 Zones de fonctionnement
2.5 Conversion d’énergie aérodynamique en énergie électrique
2.5.1 Le coefficient de vitesse réduite (tip-speed ratio)
2.5.2 Le coefficient de puissance (power coefficient)
2.5.3 Le coefficient de couple (torque coefficient)
2.5.4 MPPT (Maximal Power Point Tracking)
2.6 Différents technologies d’éoliennes
2.6.1 Fonctionnement à vitesse fixe
2.6.2 Fonctionnement à vitesse variable
2.7 Les différentes chaînes de conversion d’énergie
2.7.1 Générateurs asynchrones
2.7.2 Générateurs synchrones
2.8 Modes de contrôle au niveau de la turbine
2.8.1 Contrôle par décrochage aérodynamique passif «Passive Stall»
2.8.2 Contrôle par décrochage aérodynamique actif «Active Stall»
2.8.3 Contrôle par angle de calage variable «Pitch Control»
2.9 Avantages et inconvénients de l’énergie éolienne
2.10 Problèmes de la qualité de l’énergie éolienne
2.11 Choix d’un site éolien
2.12 Application des éoliennes
2.12.1 Systèmes isolés
2.12.2 Systèmes hybrides
2.12.3 Systèmes liés au réseau
2.13 Conclusion
Chapitre 3 Modélisation énergétique des composants du système éolien-diesel
3.1 Introduction
3.2 Dimensionnement du système hybride
3.3 Modélisation du système éolien
3.3.1 Modèle du vent
3.3.2 Modèle de la voilure
3.3.3 Transmission
3.3.4 Modèle de la génératrice synchrone à aimants permanents
3.4 Modélisation du générateur diesel
3.4.1 Moteur diesel et régulateur de vitesse
3.4.2 Modèle simplifié de la machine synchrone
3.4.3 Embrayage
3.5 Modélisation du système de stockage d’énergie
3.6 Contrôle et gestion de l’énergie du système hybride
3.7 Conclusion
Chapitre 4 Dimensionnement et analyse de l’intégration du SHED en Algérie
4.1 Introduction
4.2 Evaluation de l’énergie éolienne en Algérie
4.3 Caractéristiques du site étudié
4.3.1 Situation géographique
4.3.2 Données météorologiques de la région d’Adrar
4.3.3 Courbe de charge du site étudié
4.4 Présentation de l’installation hybride étudiée
4.4.1 La turbine éolienne
4.4.2 Le générateur diesel
4.4.3 Le système de stockage : Batterie
4.5 Bilan énergétique du système éolien-diesel
4.6 Analyse écologique du système hybride
4.7 Analyse technico-économique du système étudié
4.8 Comparaison entre les deux systèmes
4.8.1 Sur le plan économique
4.8.2 Sur le plan environnemental
4.9 Conclusion
Conclusion Générale et Perspectives
Bibliographie
Annexes
Annexe A Paramètres du système éolien
A.1 Données techniques de NORDEX N27-150
A.2 Paramètres de la GSAP
Annexe B Paramètres du générateur diesel
B.1 Données techniques du GD FG Wilson P150-1
B.2 Paramètres de moteur diesel
Annexe C Système de stockage d’énergie
C.1 Paramètres de la batterie Ni-MH
