DEVELOPPEMENT ENERGETIQUE DURABLE (DED)

DEVELOPPEMENT ENERGETIQUE DURABLE (DED)

GENERALITES SUR L’ENERGIE

L’énergie est définie comme étant la quantité de matière échangée lors de l’interaction de deux corps statiques ou en mouvement. Elle peut se présenter sous différentes formes et le passage d’un état à un autre se fait par l’intermédiaire de convertisseurs d’énergie. L’énergie devient un sujet de plus en plus intéressant, tant pour les scientifiques chercheurs que pour les exploitants industriels, qui vont de pair pour puiser le maximum des ressources que la nature nous réserve. On ne cesse de chercher des nouveaux processus et des moyens efficaces pour produire de l’énergie dans toutes ses formes. On ne peut pas nier que l’énergie électrique est actuellement la principale préoccupation des dirigeants partout dans le monde, afin de parvenir à satisfaire les besoins occasionnés par le développement technologique. Certes, les grandes industries, dont la plupart sont des usines agroalimentaires, textiles ou métallurgiques, ne cessent de se multiplier et on sait qu’elles ont besoin d’une grande quantité d’énergies, le plus souvent électrique, mécanique et thermique, pour pouvoir fonctionner. Il y a aussi les ménages qui ont du mal à se priver d’électricité même pendant quelques heures, ne serait-ce que pour le chauffage pendant l’hiver, ou pour faire fonctionner les appareils électroménagers et audiovisuels qui sont devenus presque une nécessité, ou bien tout simplement pour s’éclairer la nuit.

SITUATION ENERGETIQUE MONDIALE

Entre 1950 et 1990, la production et la consommation mondiales d’électricité sont passées d’un peu moins d’un milliard de kilowattheures (kWh) à plus de 11,5 milliards de kWh. La répartition des modes de production de l’énergie électrique a également évolué :

• en 1950, près des deux tiers de l’électricité étaient issus de sources thermiques classiques (pétrole, gaz, charbon) et un tiers, de sources hydroélectriques ;

• en 1990, les sources thermiques étaient toujours à l’origine des deux tiers de l’électricité mondiale, les centrales hydrauliques en produisaient 20 % et l’énergie nucléaire environ 15 %. Depuis, la croissance de l’énergie nucléaire a ralenti dans certains pays pour des raisons de problèmes de sécurité et de traitement des déchets.

La plus grande partie de l’électricité mondiale est produite dans des usines thermiques alimentées au charbon, au fioul, à l’énergie nucléaire ou au gaz et, en de plus petites proportions, au diesel et autres installations à combustion interne, ou dans des usines hydroélectriques. Les différentes sources d’énergie peuvent être classées selon leur capacité calorifique : c’est pourquoi on les convertit en tonnes équivalent pétrole (tep). Par exemple, 1 kg de pétrole produit 10 000 kilocalories (kcal), alors que la même masse de charbon cède 7 000 kcal et que 1 kg de gaz naturel fournit environ 8 000 kcal. La tonne équivalent pétrole (tep) est l’unité permettant de comparer les sources d’énergie au pétrole brut. Par convention, 1 t de pétrole correspond à 1,5 t de charbon ou à 1 000 m3 de gaz naturel. On estime que 1 tep équivaut à 11 600 kWh environ. En ce qui concerne le thermique classique, les recherches se portent plus particulièrement sur des projets de centrales à charbon à lit fluidisé circulant, car ce sont celles qui offrent les plus grandes garanties pour l’environnement. Des partenariats européens se sont créés autour de projets d’installations de gazéification du charbon intégrées à un cycle combiné, ou encore des cycles combinés au gaz naturel.

Evolution de l’éolienne

On estime que, vers le milieu du XXIè siècle, près de 10 % de l’électricité mondiale pourrait être fournie par des générateurs éoliens, ou aérogénérateurs. Ces aérogénérateurs sont parfois regroupés, notamment en Californie, où des groupes d’éoliennes peuvent produire jusqu’à 1200 MW. Les coûts de production de ces aérogénérateurs sont largement compétitifs par rapport à d’autres générateurs. Le Danemark produit actuellement plus de 2 % de son électricité grâce à des turbines éoliennes. Celles-ci sont également utilisées pour accroître l’alimentation en électricité dans les communautés vivant sur des îles ou sur d’autres sites isolés. La France est l’un des rares pays européens à ne pas avoir développé de programme en matière d’énergie éolienne. Au niveau mondial, l’utilisation des générateurs éoliens devient de plus en plus répandue. Ceci est dû à l’amélioration du système mécanique intégré, ce qui a augmenté considérablement le rendement global d’un aérogénérateur.

L’exploitation de l’énergie hydraulique

Au début des années 1990, le Canada et les États-Unis étaient les premiers producteurs d’énergie hydroélectrique dans le monde. Au Canada, 62 % de l’énergie électrique est de source hydroélectrique. Dans le monde, l’énergie hydraulique représente environ un quart de l’énergie totale produite et prend une part de plus en plus importante. C’est la principale source d’énergie électrique pour un grand nombre de pays tels que la Norvège (99 % de son énergie électrique), la République Démocratique du Congo (97 %) et le Brésil (96 %). La centrale d’Itaipú sur le fleuve Parana, entre le Brésil et le Paraguay, inaugurée en 1982, a la plus grande capacité de production du monde (12 600 MWh/an à plein rendement). Parmi les plus grandes installations, on peut également citer le barrage de Grand Coulée aux États-Unis : il fournit environ 7 000 MWh/an. La France, dont l’énergie électrique est d’origine thermique, hydraulique et surtout nucléaire, possède environ 80 centrales hydrauliques, situées pour la plupart dans les Alpes, sur le Rhin et sur le Rhône. Bref, on devrait se pencher davantage vers l’hydroélectrique car c’est l’avenir du secteur énergie.

Développement du solaire photovoltaïque L’Europe compte aujourd’hui plus de 600 MWc installé, assurant près de 2 GWh de production. Le marché mondial croit de près de 10% par an. Sous un bon ensoleillement, 100 Wc soit 1m² de capteur, assure la production de 0,5 kWh d’électricité utile par jour en site isolé. Le coût moyen unitaire du solaire installé pour une production sur le réseau est d’environ 5 USD/Wc, soit un coût général actualisé (CGA) d’environ 0,25 USD/kWh. En site isolé, le coût unitaire d’un générateur solaire autonome est de l’ordre de 10 USD/Wc. Sous un ensoleillement moyen, le CGA peut dépasser 0,85 USD/kWh utile. Comme l’éolienne, le solaire PV est aussi disponible partout et ses ressources sont loin d’être insuffisantes. De plus, il est exploitable toute l’année, moyennant quelques fluctuations pendant certaines saisons

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE I. CONTEXTES ENERGETIQUES
I.1. GENERALITES SUR L’ENERGIE
I.2. SITUATION ENERGETIQUE MONDIALE [14]
I.3. PRODUCTION ET CONSOMMATION MONDIALES
I.3.1. Energies consommées par les grandes puissances en 1996 [ 14 ]
I.3.2. Production et consommation des grandes puissances en 2004 [ 14 ]
I.3.3. Essor énergétique mondiale [ 14 ]
I.4. SITUATION ENERGETIQUE DE MADAGASCAR [1][12][13][14]
I.4.1. Répartition des énergies produites
I.4.2. Potentialités en ressources énergétiques renouvelables
I.4.3. Problèmes
I.5. DEVELOPPEMENT ENERGETIQUE DURABLE (DED) – ENERGIES RENOUVELABLES
I.5.1. Concept du Développement Energétique Durable (DED)
I.5.2. Objectifs du DED
I.5.3. Stratégies
I.5.4. Plans d’action
I.5.5. Propositions dans les ateliers du colloque de La Réunion [ 1 ]
I.5.6. Proposition de solutions pour le DED à Madagascar [ 1 ]
I.6. ELECTRIFICATION DECENTRALISEE
I.6.1. Introduction
I.6.2. Le système hybride
CHAPITRE II. LES DIFFERENTS MOYENS DE PRODUCTION D’ELECTRICITE
II.1. INTRODUCTION
II.2. LA CENTRALE THERMIQUE
II.2.1. Le moteur d’entraînement
II.2.2. L’alternateur
II.2.3. La cogénération – la trigénération [ 7 ]
II.2.4. Impact environnemental
II.3. LA CENTRALE HYDROELECTRIQUE
II.3.1. Les centrales hydroélectriques à retenue d’eau
II.3.2. Les centrales hydroélectriques au fil de l’eau
II.3.3. Les centrales marémotrices [ 14 ]
II.3.4. Les turbines hydrauliques
II.3.5. Impact environnemental
II.4. L’INSTALLATION DE BIOGAZ [13][15
II.4.1. Le biogaz agricole
II.4.2. Le biogaz industriel
II.4.3. Le biogaz de station d’épuration
II.4.4. Le biogaz ménager
II.4.5. La filière bois énergie
II.4.6. Le biocarburant
II.4.7. Le complexe bagasse charbon
II.4.8. Impact environnemental
II.5. L’ENERGIE EOLIENNE [14][17]
II.5.1. Historique
II.5.2. Principe de l’aérogénérateur
II.6. L’ENERGIE NUCLEAIRE
II.6.1. La fission nucléaire
II.6.2. La fusion nucléaire
II.6.3. Les éléments fonctionnels d’une centrale nucléaire
II.6.4. Impact environnemental
II.7. L’ENERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAIQUE [2]
II.7.1. Ressources énergétiques du soleil
II.7.2. Effet photovoltaïque
II.7.3. Schéma équivalent d’une cellule PV
CHAPITRE III. CONCEPTION D’UN SYSTEME HYBRIDE
III.1. NOTIONS DE BASE
III.1.1. Aspect général
III.1.2. Les étapes de la conception [ 5 ]
III.2. METHODES DE CONCEPTION 5
III.2.1. Classification des besoins
III.2.2. Classification des sources d’énergie
III.2.3. Principales combinaisons source-utilisation
III.2.4. Dimensionnement
III.3. LES METHODES D’OPTIMISATION
III.3.1. La Programmation Linéaire
III.3.2. La méthode du LPSP
CHAPITRE IV. PROGRAMMATION LINEAIRE METHODE DU SIMPLEXE
IV.1. CONDITIONS D’APPLICATION DE LA PROGRAMMATION LINEAIRE
IV.2. NOTATIONS
IV.3. NOTATION MATRICIELLE
IV.4. METHODE DE RESOLUTION (Optimisation) [ 11 ]
IV.4.1. Exposé général de la méthode
IV.4.2. Base réalisable
IV.4.3. Solution du système
IV.4.4. Expression en fonction des variables hors base
IV.4.5. Coûts marginaux
IV.4.6. Base réalisable initiale
IV.4.7. La méthode en deux phases
IV.4.8. Amélioration d’une solution de base
IV.4.9. Conditions d’optimalité
IV.5. REGLES OPERATOIRES
IV.6. EXEMPLE D’ILLUSTRATION
CHAPITRE V. DIMENSIONNEMENT D’UNE CENTRALE HYBRIDE PAR LA PROGRAMMATION LINEAIRE
V.1. BUT ET PRINCIPE
V.2. CHOIX DES SOURCES « BIOGAZ – SOLAIRE – DIESEL »
V.2.1. Choix du biogaz
V.2.2. Choix du solaire
V.2.3. Choix du diesel
V.2.4. Choix de la pompe à eau électrique
V.2.5. Remarques
V.3. MODELISATION ECONOMICO-MATHEMATIQUE [3][4][5][6][9][10]
V.3.1. Les sources d’énergie utilisées
V.3.2. Les formes d’énergie et produits disponibles
V.3.3. Structure Paramétrique du modèle
V.3.4. Formulation de la fonction objectif
V.3.5. Formulation des contraintes
V.4. CARACTERISTIQUES DU VILLAGE DONNE EN EXEMPLE
V.5. LES EQUIVALENTS ENERGETIQUES
V.5.1. Equivalent énergétique du biogaz (R1) [ 6 ] [ 13 ]
V.5.2. Equivalent énergétique du Groupe Electrogène (R2) [ 7 ] [ 8 ]
V.5.3. Equivalent énergétique du solaire photovoltaïque (R3) [ 1 ] [ 4 ] [ 10 ]
V.5.4. Equivalent énergétique du solaire thermique (R4)
V.5.5. Equivalent énergétique de la station de pompage (R5) [ 4 ] [ 6 ]
V.5.6. Résumé
V.6. RENDEMENT DE CHAQUE COMBINAISON
V.6.1. Biogaz – Courant Alternatif [ 5 ]
V.6.2. Biogaz – Thermique cuisson
V.6.3. Biogaz – Eau chaude
V.6.4. Groupe électrogène – CA
V.6.5. Groupe électrogène – Thermique cuisson
V.6.6. Groupe électrogène – Eau chaude
V.7. EVALUATION DES COUTS SPECIFIQUES
V.7.1. Calcul des coefficients de charge kij
V.7.2. Calcul des coûts spécifiques de la puissance installée Pij
V.7.3. Calcul des coûts spécifiques de l’énergie produite Cij
V.8. MISE EN EQUATIONS ET INEQUATIONS
V.8.1. Résolution du système
V.8.2. Résultats du dimensionnement
V.9. CONSLUSIONS ET REMARQUES
CHAPITRE VI. ETUDE D’UN CAS PRATIQUE – LE VILLAGE D’AMBATOFOTSY
VI.1. LE VILLAGE D’AMBATOFOTSY
VI.2. LE PROJER
VI.3. CARACTERISTIQUES DE LA CENTRALE HYBRIDE D’AMBATOFOTSY
VI.3.1. Les champs photovoltaïques
VI.3.2. Disposition des panneaux et branchement des modules
VI.3.3. Le parc à batteries
VI.3.4. Le groupe électrogène
VI.4. SCHEMA D’INSTALLATION DE LA CENTRALE HYBRIDE
VI.5. LE REGULATEUR ENERPAC
VI.5.1. Fonctions de l’ENERPAC
VI.5.2. L’importance du régulateur sur le PV
VI.6. EVALUATION DE LA CHARGE D’AMBATOFOTSY
VI.6.1. Evaluation de la puissance consommée
VI.6.2. Evaluation de l’énergie débitée
VI.6.3. Coefficient de simultanéité
VI.6.4. Profil des charges
VI.6.5. Redimensionnement de la centrale d’Ambatofotsy
CONCLUSION GENERALE
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
ANNEXES
Annexe 1 : Références bibliographiques et informatiques
Annexe 2 : Acronymes
Annexe 3 : Glossaire des terminologies propres au secteur de l’énergie.
Annexe 4 : Nomenclature

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