Soutenance mémoire
SYSTEMES HYBRIDES EOLIENS DIESELS AVEC STOCKAGE DE L’ENERGIE SOUS FORME D’AIR COMPRIME
Problématique des sites isolés
Une autre problématique s’ajoute à celles détaillées dans les deux paragraphes précédents, celle des sites isolés. Dans ces secteurs isolés, il est n’est pas rentable de connecter les charges, de relativement petite puissance sur le réseau de distribution central, à cause des longues distances. Cela est dû au coût cher des lignes de transmission et des pertes liées à la distribution de la puissance aux régions éloignées. L’approvisionnement électrique dans ces secteurs dépend seulement des systèmes de génération diesel autonomes, ce qui est le cas aussi dans la plupart des régions du monde, particulièrement les pays en voie de développement. Outre les coûts de carburants ne cessant d’augmenter, s’ajoutent les coûts du transport de ce carburant vers ces sites, ce qui rend la production d’électricités économiquement très dispendieuses.
Au Canada, plus de 200,000 personnes vivent dans plus de 300 communautés isolées (Yukon, TNO, Nunavut, îles,…) qui ne sont pas connectés aux réseaux provinciaux ou nationaux de transport d’électricité. Il faut ajouter à cela les nombreuses installations techniques (tours et relais de télécommunications, systèmes météo), touristiques (pourvoiries, chalets, etc.), agricoles et piscicoles qui ne sont pas connectées aux réseaux de distribution électrique et utilisent des diesels pour générer de l’électricité une méthode relativement inefficace et très dispendieuse, responsable de l’émission de 1.2 millions de tonnes de GES annuellement.
Au Québec, Hydro-Québec exploite près de 100 MW de groupes électrogènes diesels pour alimenter ses réseaux non reliés. En 1992, l’exploitation de ces réseaux s’est 20/130 soldée par un déficit de 65,7 M$9 dont 19 M$ pour les 14 villages nordiques. En 1991, le coût moyen de production de l’électricité pour tous ces villages était de 0,6 $/kWh, dont 0,17 $/kWh pour le carburant seulement [5]. La plupart d’entre eux sont situés près de la côte et possèdent une bon potentiel éolien. La demande de pointe va de 180 kW pour le plus petit à 1900 kW pour le plus grand [5].
Solution apportée par les énergies renouvelables, dont principalement F énergie éolienne. Par définition, les énergies dites renouvelables sont potentiellement inépuisables. La nature peut les reconstituer assez rapidement, contrairement au gaz, au charbon et au pétrole, dont les réserves, constituées après des millions d’années, sont limitées. Les énergies solaire, éolienne, hydraulique et géothermique en sont les formes les plus courantes.
Au Canada, les énergies solaire, éolienne, hydraulique et de biomasse sont le plus facilement exploitables. L’énergie lumineuse du Soleil peut être convertie en électricité, on peut exploiter la force du vent et de l’eau en mouvement pour faire tourner des turbines électriques; des céréales telles que le maïs et le blé peuvent produire de l’éthanol, un combustible que l’on peut utiliser pour alimenter les automobiles.
L’énergie éolienne représente le meilleur compromis entre le coût de production, qui assure la viabilité économique et les impacts sur l’émission des gaz à effet de serre. Ceci explique le très fort taux de croissance de cette filière énergétique partout dans le monde, comme le montre la figure 3.
Au Canada, cette croissance est exponentielle depuis 2002, suite à l’instauration au mois de mai, d’un programme d’encouragement à la production d’énergie éolienne. Cette croissance est illustrée par la figure 4.
Contenu dit mémoire
Dans ce mémoire, nous allons détailler et démontrer la viabilité du Système Hybride Éolien Diesel avec Stockage d’Énergie sous forme d’Air Comprimé.
Dans le premier chapitre, nous présentons les systèmes hybrides éoliens Diesel ainsi que le principal frein à leur développement, la nécessité de stockage d’énergie. Nous citons aussi dans ce chapitre les types de stockage d’énergie les plus utilisés dans ces systèmes hybrides en détaillant la solution de stockage d’énergie sous forme d’air comprimé.
Dans le deuxième chapitre, nous analysons les différentes techniques de déstockage de l’air comprimé et choisissons le système assurant le meilleure compromis de faisabilité technique et rentabilité économique.
Dans le troisième chapitre, une modélisation du moteur Diesel avec tous ses composants est faite afin de démontrer le gain en rendement sur la plage de fonctionnement du moteur Diesel grâce à l’air comprimé stocké préalablement.
Dans le quatrième chapitre, nous analysons les résultats de la modélisation et nous détaillons de nouvelles perspectives permettant de gagner davantage en rendement, préparant ainsi pour une étude plus approfondie et poussée dans un futur projet doctoral. Nous finissons enfin ce mémoire par une conclusion de nos travaux en mettant en avant la rentabilité du système Hybride Éolien Diesel avec Stockage d’Énergie sous forme d’Air Comprimé et la nécessité de la poursuite des études pour concevoir un système qui assure une rentabilité économique meilleure que les autres concepts existants sur le marché.
SYSTEMES HYBRIDES EOLIENS DIESELS AVEC STOCKAGE DE L’ENERGIE SOUS FORME D’AIR COMPRIME
Systèmes hybrides : définitions et motivations
L’énergie éolienne est intermittente, ce qui veut dire que la puissance disponible dans le vent n’est pas uniforme tout au long de l’année, ni même tout au long d’une journée, ceci est illustré par les figures 5 et 6.
Afin d’assurer la réponse à une demande qui est beaucoup moins fluctuante, l’installation éolienne doit être utilisée en parallèle avec d’autres sources d’énergie. La technique la plus couramment utilisée pour pallier à ce décalage entre la demande et la production, est de relier des parcs éoliens au réseau de distribution haute tension où les autres sources d’énergie sur le réseau (hydrauliques, thermique) ont le rôle d’assurer l’équilibre entre la charge et la production. Le couplage se fait avec une centrale thermique dans les sites isolés et dans ce cas le déploiement de l’énergie éolienne présente un impact significatif, environnemental et économique, en remplaçant une partie de la production électrique par du Diesel.
Le «Jumelage Éolien – Diesel» (JED) ou plus simplement l’Hybridation, représente une technique de génération d’énergie électrique en utilisant en parallèle une ou plusieurs éoliennes avec un ou plusieurs groupes Diesel. Cette approche est utilisée actuellement dans des régions nordiques au Yukon, Nunavut et en Alaska.
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Table des matières
RESUME
INTRODUCTION
La production du pétrole et la flambée du prix du baril
Impact de la consommation de l’énergie sur l’environnement
Problématique des sites isolés
Solution apportée par les énergies renouvelables
Contenu du mémoire
CHAPITRE I SYSTEMES HYBRIDES EOLIENS DIESELS AVEC STOCKAGE DE L’ENERGIE SOUS FORME D’AIR COMPRIME
1.1- Systèmes hybrides : définitions et motivations
1.2- Problématique des systèmes hybrides et nécessité du stockage d’énergie
1.3- Histoire du stockage de l’énergie
L4- Différents types de stockage
1.5- Caractéristiques du stockage sous forme d’air comprimé
1.6- Jumelage Éolien – Diesel avec Stockage d’énergie sous forme d’Air Comprimé
1.7- Objectifs de ce mémoire
CHAPITRE II TECHNIQUES DE DESTOCKAGE DU CAES
II.l- Différentes Techniques de déstockage du CAES
IL2- Hiérarchisation des différentes solutions
CHAPITRE III MODELISATION SIMPLIFIEE DU SYSTEME
III. 1-Objectifs
III.2-Découpage fonctionnel du système
III.3-Modèles par composant
III.4- Équations d’équilibre du système
CHAPITRE IV RESULTATS ET DISCUSSIONS
IV.l- Résultat de la modélisation simplifiée
IV.2- Voies potentielles pour obtenir des gains supplémentaires
IV.3- Stratégie de jumelage Groupe Éolien — Groupe Électrogène – CAES
CHAPITRE V CONCLUSION
ANNEXES
Références
Logiciel SIMDID
CodeMatlab
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