Élaboration des modèles des systèmes de production

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Énergies renouvelables, définition, ressources et exploitation :

Une source d’énergie est renouvelable si le fait d’en consommer ne limite pas son utilisation future. C’est le cas de l’énergie du soleil, du vent, des cours d’eau, de la terre et généralement de la biomasse humide ou sèche, à l’échelle de la durée de vie de l’humanité. Ce n’est pas le cas pour les combustibles fossiles et nucléaires.
L’utilisation des énergies renouvelables n’est pas nouvelle. Celles-ci sont exploitées par l’homme depuis la nuit des temps. Autrefois, moulins à eau, à vent, bois de feu, traction animale, bateaux à voile ont largement contribué au développement de l’humanité. Elles constituaient une activité économique à part entière, notamment en milieu rural où elles étaient aussi importantes et aussi diversifiées que la production alimentaire.
Mais dans les pays industrialisés, dès le XIXème siècle, elles furent progressivement marginalisées aux profits d’autres sources d’énergie que l’on pensait plus prometteuses. Depuis lors, la pollution atmosphérique, le réchauffement climatique, les risques du nucléaire et les limites des ressources ont fait prendre conscience qu’un développement économique respectueux de l’environnement, dans lequel nous vivons, est nécessaire.
Les chocs pétroliers successifs depuis les années 70 ont démontré les risques économiques et géopolitiques de la production d’énergie reposant sur l’exploitation des ressources fossiles, dont les réserves sont mal réparties et épuisables.
De plus, une grande partie du monde ne sera sans doute jamais raccordée aux réseaux électriques dont l’extension s’avère trop coûteuse pour les territoires isolés, peu peuplés ou difficiles d’accès. Même au sein de l’Europe occidentale de tels « sites isolés » ne sont pas exceptionnels. Actuellement deux milliards et demi d’habitants, principalement dans les zones rurales des pays en développement, ne consomment que 1 % de l’électricité produite dans le monde [Web_AJE].
Les énergies renouvelables constituent donc une alternative aux énergies fossiles à plusieurs titres:
– elles sont généralement moins perturbatrices de l’environnement, elles n’émettent pas de gaz à effet de serre et ne produisent pas de déchets ;
– elles sont inépuisables ;
– elles autorisent une production décentralisée adaptée à la fois aux ressources et aux besoins locaux ;
– elles offrent une importante indépendance énergétique.
Compte tenu de deux usages importants de l’énergie, chaleur et électricité, on classera les énergies renouvelables en deux groupes.

La production de chaleur par les sources renouvelables.

Les sources d’énergies renouvelables permettent d’abord de produire de l’énergie thermique, ainsi le bois, le biogaz, le soleil et la géothermie sont largement exploités pour cela. Le soleil, ressource majeure, reste encore peu exploité mais son potentiel de développement est énorme (chauffe-eau solaires…). Le graphique figure1.1.1 illustre bien la nette domination du bois dans la production thermique française de 1970 à 2000 [Web_Min]. La production thermique est passée en trente ans de 8,8Mtep à 10,3Mtep avec un pic en 1991 à 12,2Mtep. Pour comparaison, le chauffage résidentiel consomme en France environ 26 Mtep et l’eau chaude sanitaire 9 Mtep [Obs_00].
Production d’énergie thermique d’origine renouvelable en ktep

Le bois-énergie :

Avec le développement de l’exploitation du charbon, du pétrole et du gaz naturel, le bois a progressivement été relégué à la seule fonction de chauffage (individuel et parfois collectif), en milieu rural. Le bois-énergie représente 14 % de la consommation énergétique primaire mondiale. En France, la production de bois-énergie reste importante. Elle est en effet estimée à 4-5 % de la consommation énergétique totale et 33 % de la part des énergies renouvelables, derrière l’hydraulique [Web_Sys].
En France, la consommation totale de bois-énergie est évaluée à 9,5 Mtep [Web_Cie] dont :
– 8 Mtep dans l’habitat individuel : le bois est l’énergie de base pour 2,8 millions de ménages occupant une maison individuelle, un foyer sur quatre utilise le bois-énergie comme appoint ;
– 0,1 Mtep dans le collectif et tertiaire (300 chaufferies bois à alimentation automatique de plus de 200 kW) ;
– 1,1 Mtep en auto-consommation dans les industries du bois (1000 chaufferies) ;
– 0,27 Mtep dans l’incinération de déchets ménagers.

La méthanisation – le biogaz :

La méthanisation est un phénomène biologique par lequel la matière organique est transformée en biogaz par des bactéries vivant en l’absence d’oxygène (fermentation anaérobie). Elle se produit naturellement au fond d’une mare envasée ou dans une décharge. Elle sert à détruire la fraction biodégradable, susceptible de polluer, des déchets organiques de toute nature.
Le biogaz est composé de méthane principalement, de gaz carbonique et de traces d’autres gaz. Il peut être employé à l’état brut sur des chaudières, groupes électrogènes, générateurs d’air chaud. Le biogaz est aussi utilisable, après épuration aux normes du gaz naturel, comme carburant automobile.
La production actuelle en France s’élève à 0,15 Mtep/an. On estime le gisement potentiellement valorisable en France, avec une vingtaine d’installations par département, à environ 3,5Mtep/an [Web_Obs].

Le solaire thermique :

Le solaire thermique basse température permet essentiellement le chauffage de l’eau sanitaire et, dans une moindre mesure, la production combinée de chauffage par plancher chauffant (plancher solaire direct). Cette application de l’énergie solaire, industrialisée depuis plus de 25 ans, est actuellement en phase de croissance accélérée aux Etats-Unis, au Japon et en Europe.
En Europe, plus de 600 000 familles [Sys_01] ont équipé leur habitation d’un chauffe-eau solaire, la croissance est rapide. L’Allemagne, la Grèce et l’Autriche ont beaucoup développé cette application et possèdent l’essentiel de la surface de capteurs solaires installée dans l’Union Européenne (plus de 75 %).
En France, des dizaines de milliers de chauffe-eau solaires individuels sont installés. Les Dom, avec plus de 20 000 chauffe-eau installés, sont les départements les plus équipés. En métropole, le programme national Hélios 2006 aide l’installation de 15 000 chauffe-eau solaires individuels et de 500 planchers solaires directs par an, jusqu’en 2006. La production d’eau chaude solaire dans les établissements collectifs est également encouragée par l’aide à l’installation de 25 000 m² de capteurs d’ici à 2006.

La géothermie :

La géothermie est l’extraction d’énergie contenue dans le sol. Les principales opérations entreprises en France, en géothermie profonde (environ 2000 m), concernent le chauffage de logements collectifs par réseaux de chaleur dans le bassin parisien et en Aquitaine, entre 1982 et 1986. Elles permettent une économie de 0,17 Mtep/an. Cette filière est relativement peu développée en France. Une autre technique est présentée sous le nom de géothermie de surface. Il s’agit d’une extraction par pompe à chaleur. Son principe est le suivant. Un capteur prélève de la chaleur dans le sol à l’extérieur par exemple sous une pelouse, son origine se trouve d’ailleurs dans le rayonnement solaire. Cette chaleur est transmise dans la maison le plus souvent via un plancher chauffant. Dans tous les cas le transfert de chaleur nécessite un fluide frigorigène et un appoint électrique de compression (à peu près 1/3 des besoins d’énergie thermique) [Sys_148].

La production d’électricité par les énergies renouvelables.

Les sources d’énergie disponibles dans notre environnement proche et permettant de produire de l’électricité sont : l’eau, le soleil et le vent.
Directement compétitives pour les sites isolés (les coûts de raccordement au réseau électrique sont très élevés), les centrales électriques à sources renouvelables peuvent aussi, sous certaines conditions, être directement raccordées au réseau. Le développement de l’électricité renouvelable est freiné en France par le prix de rachat, parmi les plus bas d’Europe. En effet, la politique nationale a conduit au développement d’une relative surcapacité de production nucléaire après que la plupart des différents sites hydrauliques de grande capacité aient été exploités. Les moyennes et grosses centrales hydrauliques (>8 MW) produisent plus de 99 % des 17,5 Mtep d’électricité renouvelable française (figure 1.1.2) et ne seront pas traitées dans ce qui suit.

Les petites centrales hydrauliques :

L’hydroélectricité, c’est-à-dire la production d’électricité à partir de la force de l’eau, est apparue au milieu du XIXe siècle dans la continuité des moulins qui exploitaient directement la force motrice de l’eau. Appelée la « houille blanche », elle a été synonyme d’un développement économique très important.
En marge des grands barrages, qui fournissent 13 % des besoins en électricité de la France, la petite hydroélectricité a su se faire une place.
Les petites centrales hydrauliques, appelées PCH, ont une puissance qui varie de quelques centaines de watts à une dizaine de mégawatts. Environ 1700 PCH fonctionnent en France. Elles appartiennent souvent à des producteurs indépendants. Elles produisent annuellement près de 7 TWh / an, soit 1,5 % de la production électrique nationale [Web_Sys].
Le potentiel français de création de nouvelles PCH est estimé à au moins 1000 MW. Auxquels s’ajoutent 150 à 200 MW sur les sites existants pouvant être réhabilités et modernisés. L’ensemble représenterait une production non négligeable d’environ 4 TWh / an [Web_Sys].
Notons également dans le domaine de l’énergie hydraulique, les ressources marémotrices, de la houle et celles des courants marins. La France possède la plus grande usine marémotrice du monde (La Rance) avec une puissance de 240 MW et une production annuelle de 0,5 TWh [Web_Min], mais les sites exploitables sont peu nombreux et l’acceptabilité n’est pas évidente. Les ressources de la houle sont très importantes et de très nombreux travaux dans le monde ont montré la faisabilité de son exploitation, via de très nombreux principes d’exploitation [CLE_02]. Le développement attendu de l’énergie électrique éolienne offshore [Bes_02] pourrait être avantageusement couplé à une production par les vagues où l’on pourrait mettre en commun les coûteuses infrastructures de génie civil.

Le solaire photovoltaïque :

Le rayonnement solaire représente une ressource renouvelable d’énergie énorme, de loin la plus importante. L’énergie reçue à la surface de la terre varie, par m², de 1100 kWh  2300 kWh/an (au total 720.105 kWh/an) [MUL 99]. En France la variation est de 1200 kWh à 1800 kWh/an (de 3.2 kWh à 5 kWh par jour en moyenne figure 1.1.3) selon la latitude.
L’effet photovoltaïque permet de transformer directement la lumière solaire en énergie électrique. La production d’électricité par générateur photovoltaïque est liée à l’intensité, à la durée de l’ensoleillement et à l’orientation du panneau par rapport au soleil. Au zénith, le soleil délivre environ 1kW/m² de rayonnement sur un capteur placé perpendiculairement à ses rayons, au niveau de la mer.
Malgré le fait que depuis les premières mises en œuvre, les prix ont chuté d’un facteur 100, il faut un ensoleillement important pour arriver à un coût encore insuffisamment compétitif du kWh. C’est pourquoi pour l’instant, la production photovoltaïque est plutôt réservée à l’alimentation en site isolé d’équipements et d’habitations où le coût élevé du raccordement au réseau la rend compétitive. On estime la puissance photovoltaïque installée dans le monde à environ 1400 MWc (en 2001) pour une énergie produite estimée à 1,4 TWh. En France, la puissance installée était en 1999 de 9,1 MWc. Depuis quelques années, ce sont principalement les programmes incitatifs de toits solaires (raccordés au réseau) qui ont contribué le plus au décollement de la filière (taux de croissance de 40 %/an) [Sys 01].

L’éolien :

Parmi toutes les énergies renouvelables contribuant à la production d’électricité, l’énergie éolienne tient actuellement le rôle de vedette. Elle est l’une des plus prometteuses, en termes d’écologie, de compétitivité, de champ d’application et de création d’emplois et de richesses. Son potentiel est énorme, il est estimé à 30.1015 kWh pour l’ensemble du globe et entre 5 et 50.1012 kWh/an pour la part terrestre exploitable. En France, on estime les ressources éoliennes exploitables annuellement à environ 70.109 kWh terrestres et 500.109 kWh en offshore soit plus que la consommation intérieure actuelle d’électricité (environ 400.109 kWh) [MUL 99]. Ces ressources traduites en vitesse moyenne de vent sont représentées sur la figure suivante. Bien sûr les fluctuations naturelles et difficilement prévisibles de la production éolienne posent des problèmes difficiles de stabilisation des réseaux dans lesquels le stockage d’énergie risque de se révéler indispensable.
On peut noter que plus de 24,5 GW étaient installés dans le monde début 2002 [sys 02], pour une production annuelle estimée à 45.109 kWh. L’Europe totalise 17,6 GW avec seulement 94 MW en France. L’objectif français est de disposer de 7 GW à 10 GW éoliens installés en 2010.

Bilan :

Dans ce qui précède, nous avons énoncé, de manière non exhaustive, les différentes ressources énergétiques permettant de produire de la chaleur et de l’électricité par sources d’énergie renouvelables. Des solutions n’ont pas été citées car leurs exploitations nécessitent des moyens lourds et donc difficilement envisageables pour un particulier ou une collectivité locale. On peut citer, pour la production d’électricité, la géothermie qui compte une seule centrale française à BOUILLANTE en Guadeloupe, avec une capacité de 4,2 MW [Web_Min], la biomasse et les déchets urbains. Et pour la production thermique, l’utilisation de déchets urbains solides, les résidus de récoltes principalement dans l’industrie agro-alimentaire et enfin les biocarburants avec une forte croissance ces dix dernières années.
Le tableau ci-dessous décrit, pour la métropole et les DOM, la production d’énergie par sources d’énergie renouvelables de 1970 à 2000 .

Transformation de l’énergie du vent et du soleil en électricité :

Conversion de l’énergie éolienne.

Dans cette partie nous allons nous intéresser aux dispositifs de conversion permettant de transformer l’énergie éolienne en énergie électrique. Dans un premier temps nous présenterons les caractéristiques et les différents types d’aérogénérateurs existants, puis nous analyserons les chaînes de conversion électrique associées à ces turbines.

Caractéristiques et types de turbines :

Puissance récupérable par une turbine :

La puissance mécanique récupérée par une turbine éolienne peut s’écrire sous la forme : P = 1 × C × × × R 2×V 3 (1.2.1) où Cp est le coefficient aérodynamique de puissance de la turbine (il caractérise l’aptitude de l’aérogénérateur à capter de l’énergie éolienne), ? est la masse volumique de l’air, Rp le rayon de la turbine et Vw la vitesse du vent.
La valeur du coefficient de puissance Cp dépend de la vitesse de rotation de la turbine et de la vitesse du vent. Il peut avantageusement s’exprimer en fonction de ?, la vitesse spécifique ou normalisée. ? est le rapport entre la vitesse périphérique en bout de pales et la vitesse du vent :  = Rp × W (1.2.2)

Système de production expérimental :

Qu’ils soient solaire ou éolien, les systèmes de production d’électricité décentralisés sont, en général, couplés au réseau sans système de stockage ou bien isolés du réseau et donc associés à un dispositif de stockage de l’énergie.
Le principal avantage des systèmes couplés au réseau est qu’ils permettent de revendre l’énergie produite et non consommée sur place au fournisseur du réseau. Par contre, ces systèmes ne peuvent fonctionner qu’en présence du réseau. Dans le cas d’une coupure de ce dernier, bien qu’ayant son propre système de production d’électricité, le producteur indépendant se trouve privé d’électricité.
Le producteur-consommateur isolé du réseau est tributaire des conditions météorologiques.
Ainsi, si l’on a plusieurs jours successifs défavorables à la production d’électricité, le producteur-consommateur risque également d’être privé d’électricité lorsque son dispositif de stockage sera complètement déchargé. Au contraire, si les conditions sont favorables à la production et que toute la capacité de stockage est totalement utilisée, il doit arrêter de produire et donc délester sa production.

L’ensemble expérimental

Dans le cadre de nos travaux de recherche, nous avons choisi une architecture combinantles avantages de ces deux solutions. Elle est à la fois couplée au réseau et associée à un dispositif de stockage de l’énergie. On a alors les avantages :
· possibilité de revendre le surplus d’énergie produite ;
· exploitation du système même si le réseau est défaillant ;
· sécurité d’approvisionnement quelles que soient les conditions météorologiques.
Il présente en somme le double avantage de minimiser les perturbations de l’environnement grâce à une consommation sur le lieu de production de ressources naturelles renouvelables et d’une sécurité d’approvisionnement maximale. Le fonctionnement autonome peut éventuellement être à capacité réduite pour réduire le coût du stockage par rapport à un système totalement autonome. En effet, lorsque l’on dispose du raccordement au réseau, sauf situations particulières, la fréquence et la durée cumulée des coupures restent très faibles.
Afin d’atténuer le caractère aléatoire d’un gisement d’énergie renouvelable donné, on peut multiplier les sources de natures différentes. On obtient alors un système dit multi-sources.
Notre système de production est appelé système hybride éolien et photovoltaïque couplé au réseau et muni d’un stockage.
Son dimensionnement a été effectué à l’échelle de l’habitat individuel, la figure suivante montre un synoptique de l’installation :
Les chaînes de production se composent de :
· 20 m² de panneaux photovoltaïques (2 kW crêtes, 20 panneaux ASE 100-GT-FT) connectés au bus continu à travers deux convertisseurs à pilotage MPPT (MSTE MPT 1000K) ;
· deux éoliennes de 750 W chacune (Aerocraft, 750AC), l’une en 48V l’autre en 120V, elles sont reliées au bus continu à travers un redresseur à diodes pour la première et un redresseur à diodes suivi d’un hacheur série pour la seconde.
Le dispositif de stockage de l’énergie est directement relié au bus continu, on dispose d’environ 15 kWh de capacité de stockage dans des batteries électrochimiques (24 éléments de 2 V en séries, accumulateurs au plomb STECO, Saphir 3600).
Le bus continu est relié au réseau alternatif via un onduleur réversible (4,5 kVA Trace Engineering, SW4548E) capable de continuer à alimenter une charge prioritaire en cas de disparition du réseau et donc d’assurer un fonctionnement autonome.
Ainsi, tous les transferts énergétiques (flèches jaunes sur la figure 1.3.1) ainsi que les modes de fonctionnement couplé ou non au réseau sont envisageables.
Le système est largement instrumenté, des capteurs nous permettent d’obtenir les conditions météo :
· vitesse du vent ;
· direction du vent ;
· ensoleillement dans le plan horizontal ;
· température ambiante ;
· ensoleillement dans le plan des panneaux ;
· température des panneaux.
Des capteurs nous permettent de mesurer les courants, tensions et puissances des :
· chaînes de production éolienne ;
· chaîne de production photovoltaïque ;
· batterie ;
· bus continu ;
· réseau.
Ces données sont envoyées vers un système de gestion et de pilotage qui permet de commander le niveau de tension de la batterie. Avec une telle structure, nous pouvons  contrôler les transferts d’énergie en intervenant sur le niveau de la tension batterie. En effet la batterie étant chargée à une tension Vbat1, si nous imposons une consigne de tension Vbat2 telle que Vbat2 < Vbat1 (respectivement Vbat2 > Vbat1) alors nous imposons un transfert d’énergie du système vers le réseau (respectivement du réseau vers le système).
Des systèmes de sécurité (contacteurs) permettent de court-circuiter les éoliennes et les panneaux photovoltaïques si le niveau de tension batterie devient trop important. Toutes les données des capteurs sont stockées pour permettre l’affichage et l’analyse des grandeurs caractéristiques du dispositif.

Dispositifs de stockage de l’énergie :

Dans le cas d’une unité de production non raccordée au réseau la présence d’un dispositif de stockage s’impose dans la mesure où la consommation et la production sont fortement découplées. Dans les applications existantes, ce sont quasi-systématiquement des batteries d’accumulateurs au plomb. Le dimensionnement du système de stockage est généralement et simplement lié à l’autonomie en jours recherchée. Ainsi la capacité de stockage correspond, dans le cas d’une installation photovoltaïque, à une consommation de 3 à 7 jours sans recharge, voire 10 jours pour les installations nécessitant une grande marge de sécurité. Par conséquent, le stockage représente une part très importante du coût total de l’installation, d’autant plus que la durée de vie des accumulateurs est bien inférieure à celle des panneaux photovoltaïques et des convertisseurs. Pour un système raccordé au réseau, un dispositif de stockage ne semble nécessaire qu’en cas de défaillance du réseau. Dans ce cas, il est dimensionné de manière à assurer un fonctionnement, éventuellement en mode dégradé, pour la durée de la coupure. Cependant si ces unités de productions, qui ont un caractère aléatoire de par la nature des sources utilisées, viennent à se multiplier et à atteindre des proportions non négligeables alors les dispositifs de stockage joueront un rôle important pour assurer la stabilité du réseau.
Le système de stockage est dimensionné, comme on l’a vu précédemment, par sa capacité de stockage, mais pas seulement. Il doit en effet également répondre aux critères suivants :
· puissance crête déterminée ;
· cyclabilité élevée ;
· bon rendement en charge et en décharge dans la gamme de puissance en production et en consommation ;
· pertes d’auto-décharges faibles ;
· coûts réduits.
Malgré un nombre de cycles limités, les accumulateurs électrochimiques représentent aujourd’hui la solution qui a la plus grande maturité industrielle et qui semble offrir le meilleur compromis coût-performances pour cette application. Le stockage électromécanique d’énergie, conçu pour ce type d’application, semble être une alternative possible dans l’avenir [BER_th] [KER_th].

Paramètres économiques liés au générateur photovoltaïque :

Le prix d’une installation photovoltaïque doit prendre en compte les éléments réels. Il est décomposé entre l’ensemble des matériels de conversion, la main d’oeuvre et la mise en service de l’installation. Le matériel comprend ici : les panneaux photovoltaïques, les supports de montage, les convertisseurs et le câble nécessaire aux connexions. Le coût total de l’installation photovoltaïque varie selon les sources, d’autant que le marché en forte expansion s’accompagne d’une diminution rapide du prix des panneaux et que la part de l’installation peut subir de grandes dispersions selon les difficultés associées. Les convertisseurs, encore fabriqués en petites série, devraient subir des baisses de coût significatives à l’avenir avec un coût du watt crête installé normalement décroissant quand la puissance augmente [Bou_02]. Nous prendrons ici, un coût constant de 6 € par watt-crète installé [Web_Ago]. Ce qui nous donne pour l’évolution du coût du watt-crête et du coût total de l’installation photovoltaïque en fonction de la puissance crête installée (Pp_PV) les équations suivantes :
= 6 PV C (€/Wc) (4.3.4)
T PV p PV C P _ _ = 6 × (€) (4.3.5)

Paramètres économiques liés au générateur éolien :

De même que précédemment, il est très difficile de calculer le prix d’une installation éolienne sans considérer la situation réelle. Le coût est décomposé entre le matériel, la main d’oeuvre, le génie civil et la mise en service de l’ensemble de l’installation. Il peut être très variable selon le site d’implantation (difficultés topographiques, distance entre les aérogénérateurs et l’installation au sol,…). Le matériel comprend ici, les éoliennes, les mâts, les convertisseurs et le câble nécessaire aux connexions. Nous prendrons par exemple, pour une installation de petites éoliennes (< 5kWc) un coût de 10 € par Wc installé [Web_Cie].
Nous considérons alors, pour le coût d’installation (CW) et le coût total du système éolien (CT_W) en fonction de la puissance crête installée (Pp_W), les équations suivantes :
=10 W C (€/Wc) (4.3.7)
T W p W C P _ _ =10× (€) (4.3.8)

Caractérisation des fonctions temporelles GW(t), GPV(t), Ta(t), Pconso(t) :

Les données météorologiques :

Le modèle solaire :

Les données solaires nécessaires à la résolution du problème sont l’ensoleillement dans le plan des panneaux et la température de jonction des cellules.
Pour l’ensoleillement, nous nous sommes procuré, auprès de Météo France, les données météo de ces dix dernières années. Ces relevés sont effectués à Saint-Jacques de la Lande (aéroport, à quelques km au sud-ouest de Rennes) et nous donnent l’ensoleillement dans un plan horizontal. Le passage à un plan incliné se fait par des relations purement géométriques prenant en considération la position géographique des panneaux et de la position de la Terre par rapport au soleil [MAR 98]. La fonction de corrélation liant le site de mesure et le site de production sera considérée unitaire (mêmes conditions à Saint-Jacques que sur le campus de Ker Lann situé à environ 2 km). À titre d’exemple, nous pouvons voir sur la figure 4.3.9 l’évolution de l’ensoleillement sur une année (courbe bleue) ainsi que l’ensoleillement moyen quotidien correspondant (courbe rouge). Le tracé suivant représente la température ambiante mesurée. Nous considérerons qu’elle est identique sur les deux sites.

Table des matières

CHAPITRE 1 : Ressources énergétiques renouvelables et systèmes de production décentralisés d’électricité d’origine renouvelable
1.1 Énergies renouvelables, définitions, ressources et exploitation
1.1.1 La production de chaleur par les sources renouvelables
1.1.1.a Le bois-énergie
1.1.1.b La méthanisation – le biogaz
1.1.1.c Le solaire thermique
1.1.1.d La géothermie
1.1.2 La production d’électricité par les énergies renouvelables
1.1.2.a Les petites centrales hydrauliques
1.1.2.b Le solaire photovoltaïque
1.1.2.c L’éolien
1.1.3 Bilan
1.2 Transformation de l’énergie du vent et du soleil en électricité
1.2.1 Conversion de l’énergie éolienne
1.2.1.a Caractéristiques et types de turbines
1.2.1.b Chaînes de conversion électrique
1.2.2 Conversion de l’énergie solaire
1.2.2.a Générateur photovoltaïque
1.2.2.b Chaîne de conversion électrique
1.3 Système de production expérimental
1.3.1 L’ensemble expérimental
1.3.2 Dispositifs de stockage de l’énergie
1.3.3 Acquisition des données
1.3.4 Problématique et conclusion
CHAPITRE 2 : Élaboration des modèles des systèmes de production
2.1 Modélisation de la chaîne de production éolienne
2.1.1 Étude simplifiée
2.1.2 Modélisation détaillée – Étude avec transformateur parfait
2.1.3 Impact du transformateur – Étude avec transformateur réel
2.1.4 Système complet
2.1.5 Aspect énergétique
2.2 Modélisation de la chaîne de production photovoltaïque
2.2.1 Modèles électriques des panneaux
2.2.1.a « Modèle une diode »
2.2.1.b « Modèle deux diodes »
2.2.1.c « Modèle polynomial »
2.2.2 Détermination des paramètres – Analyse en puissance
2.2.3 Analyse énergétique
2.2.4 Caractéristiques des convertisseurs MPPT
2.2.5 Système complet
2.3 Conclusion
CHAPITRE 3 : Modélisation des éléments de gestion de l’énergie et du système complet
INTRODUCTION
3.1 Modélisation des accumulateurs électrochimiques
3.1.1 Modèle de la capacité
3.1.2 Équation de la tension en décharge
3.1.3 Équation de la tension en charge
3.1.4 Rendements de charge et de décharge
3.1.5 Description détaillée du modèle de CIEMAT
3.1.6 Simulation sur un cycle donné
3.2 Modélisation énergétique de l’onduleur réversible
3.2.1 Rendement en redresseur (AC/DC)
3.2.2 Rendement en onduleur (DC/AC)
3.2.3 Pertes en mode floating
3.2.4 Modes de gestion de l’énergie de l’onduleur réversible TRACE
3.3 Modélisation et simulation du système complet
3.4 Conclusion
Sommaire
CHAPITRE 4 : Problématique économique
INTRODUCTION
4.1 Problématique
4.2 Relations économiques
4.3 Détermination des paramètres
4.3.1 Paramètres liés au réseau principal
4.3.1.a Coût du raccordement au réseau
4.3.1.b Abonnement et coût de l’énergie du réseau principal en France métropolitaine
4.3.2 Paramètres économiques liés au générateur photovoltaïque
4.3.3 Paramètres économiques liés au générateur éolien
4.3.4 Paramètres économiques du stockage
4.3.5 Paramètres économiques liés à l’onduleur
4.3.6 Caractérisation des fonctions temporelles GW(t), GPV(t), Ta(t), Pconso(t)
4.3.6.a Les données météorologiques
4.3.6.b Le profil de consommation
4.4 Conclusion
CHAPITRE 5 : Dimensionnement et optimisation énergétique : Analyse de cas
INTRODUCTION
5.1 Analyse d’un cas sans production locale
5.1.1 Écrêtage de la consommation
5.1.2 Lissage de la consommation
5.2 Analyse d’un cas en site autonome (non couplé au réseau)
5.3 Analyse d’un site de production photovoltaïque-éolien non couplé au réseau
5.4 Analyse du site de production de l’ENS
5.5 Intérêts de la gestion d’énergie – Perpectives
5.6 Conclusion
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
BIBLIOGRAPHIE

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