Soutenance mémoire
Actuellement, comme tout autre pays en voie de développement, Madagascar se lance dans la lutte contre la pauvreté en se basant sur un programme de développement qui est le MAP (ou Madagasikara Am-Perinasa), récemment mis en œuvre par le gouvernement Malagasy. Un des défis mentionnés dans ce plan vise à assurer un approvisionnement en énergie à coût abordable, notamment en se servant des ressources renouvelables. Le problème de l’énergie est loin d’être résolu, même si l’accès à l’électricité est une base importante du développement et du bien-être. La société nationale de production et de distribution d’électricité n’arrive plus à satisfaire les besoins toujours croissants de tous les secteurs industriels, tertiaires et domestiques. C’est une des raisons de l’émergence de nouvelles sociétés de production électrique.
C’est la raison pour laquelle ce présent ouvrage a été élaboré pour apporter une solution. L’étude contiendra plus particulièrement la régulation et l’électrotechnique de production d’une microcentrale hydroélectrique flottante destinée à un parc privé qui porte le nom de « MANDRAKA PARK». Comme éléments principaux de la centrale, on peut citer : une turbine, suivie d’une boîte multiplicatrice, au bout de laquelle s’accouplera un alternateur accompagné d’un système de régulation. Le travail fera en sorte que l’énergie ainsi produite tiendra compte du cahier de charges imposé par le propriétaire. On tient à signaler que le sujet concernant la turbine et le multiplicateur ne sera pas abordé dans cette étude. Néanmoins, quelques valeurs seront reprises des travaux effectués par les deux autres étudiants de l’équipe qui conçoit toute la centrale.
ETUDE HYDRAULIQUE
Avant toute chose, il est indispensable de préciser qu’une production d’énergie électrique nécessite la connaissance du site d’implantation avec ses caractéristiques, ainsi que les besoins des consommateurs. Ces informations sont nécessaires pour la recherche de la puissance utile disponible fournie par la centrale. Pour ce faire, il est primordial de cueillir des renseignements concernant la localité.
Description du site
L’endroit destiné à l’installation de la centrale se trouve à Ambatolaona, à peu près à 60 kilomètres de la capitale, sur la RN2, plus exactement dans un parc connu sous le nom de « MANDRAKA PARK ».
Depuis sa création, ce parc utilise un groupe électrogène comme source d’énergie électrique. Vue la brusque hausse du prix du carburant récemment rencontrée et le coût d’exploitation de l’énergie de la JIRAMA, le propriétaire a opté pour la recherche d’autres moyens de production d’électricité. Une centrale hydroélectrique flottante est une solution, comme le parc est situé à proximité d’un cours d’eau. Ce dernier provient du lac de Mantasoa et alimente la centrale de Mandraka. Il se peut que la vitesse de l’eau rencontre de légères variations suivant le débit fixé par la JIRAMA. On est donc censé à prendre en compte ce phénomène dans notre étude. La production risque d’être interrompue pendant un temps indéterminé, au cas où la vitesse de l’eau n’arrive pratiquement plus à faire fonctionner l’installation.
Etude Hydraulique
On dispose donc d’une rivière pour fournir de l’énergie hydraulique à la centrale. Cette dernière sera montée sur un flotteur, d’où le nom de « centrale flottante » ou « Hydraulienne ».
L’étude commence par la recherche de toutes les caractéristiques du cours d’eau, à savoir : la largeur exploitable, la profondeur, la vitesse moyenne, le débit moyen, etc.
Pour la recherche de la vitesse de l’eau, il existe plusieurs méthodes de mesure, telle que :
– Les flotteurs
– Le tube de PITOT
– Le moulinet hydrométrique .
La première reste la plus intéressante parmi ces trois méthodes car la réalisation est très simple et très commode. Un petit schéma pourrait bien expliciter cette méthode.
L’ELECTROTECHNIQUE DE PRODUCTION
Cette partie de l’étude concernera le mode de production d’énergie utilisant des appareils performants et présentant le maximum de rendement. Il existe différentes machines de production d’électricité : soit des machines à courant continu, soit des machines à courant alternatif. Ces dernières sont utilisées dans la plupart des centrales hydroélectriques.
Les générateurs à courant alternatif sont catégorisés en :
o machine asynchrone, souvent raccordée au réseau, dans lequel la tension et la fréquence sont imposées par ce dernier.
o machine synchrone fonctionnant en îlot dans la plupart des cas. L’installation alimente une seule localité, ce qui est le cas de la présente étude.
Choix de l’alternateur
Selon le type de réseau à approvisionner, il y a :
o l’alternateur monophasé, et
o l’alternateur triphasé .
Le réseau sera monophasé à cause de la faible puissance de l’installation tout en signalant qu’un alternateur triphasé est plus simple à réguler.
Description de la machine
Comme toute machine électrique, une génératrice synchrone est principalement constituée par :
– Un induit fixe porté par le « stator ». Il comporte généralement plusieurs enroulements dans lesquels circulent les courants induits. Le choix se porte sur une machine possédant trois enroulements distincts au bout desquels, on mesure trois forces électromotrices (fem), égales en valeur efficace mais déphasées chacune d’un angle de 2c/3 radians.
– Un inducteur mobile ou « rotor ». il se compose de deux ou plusieurs pôles suivant la vitesse de rotation. C’est l’organe qui donne naissance à un champ magnétique induisant les forces électromotrices.
– Un entrefer, l’espace séparant le rotor et le stator, dans lequel règne un champ magnétique créé par la rotation de la roue polaire. Sa forme dépend de la géométrie de la roue polaire.
Pour le choix du rotor, on distingue également deux grandes familles: les rotors bobinés (à pôles lisses et à pôles saillants) parcourus par un courant continu d’excitation; et les rotors à aimant permanent. Ce dernier convient bien au cas présent car il ne nécessite aucune génératrice d’excitation et exclu également l’acquisition d’un alternateur auto-excité.
On tient à préciser que le choix d’un puissant aimant impliquera une production importante d’énergie.
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Table des matières
INTRODUCTION
PRESENTATION DU PROJET
PARTIE 1 : ETUDE HYDRAULIQUE
I. Description du site
II. Etude Hydraulique
1. Résultats de mesures
2. Calcul de la vitesse moyenne
3. Puissance hydraulique
i. Le diamètre de la roue D[m]
ii. Caractéristiques de l’aube
• La hauteur
• Le nombre d’aubes
• La largeur
iii. La puissance hydraulique
PARTIE 2 :L’ELECTROTECHNIQUE DE PRODUCTION
I. Choix de l’alternateur
1. Description de la machine
2. Choix de l’alternateur
i. Vitesse de rotation et nombre de pôles
ii. Principe de fonctionnement de l’alternateur
iii. Détermination de la fem induite
• Tension induite de mouvement (dans un conducteur)
• Tensions induites fondamentale et harmoniques
• Tension induite dans une spire
Facteur de distribution
Facteur de raccourcissement des pas
Facteur d’enroulement
• Tension induite dans une phase
iv. Détermination des courants induits
PARTIE 3 : LA REGULATION
I. Les principaux constituants de la régulation
1. Le redresseur
2. Le filtre
3. Le régulateur
i. L’alimentation stabilisée
ii. Le convertisseur à découpage
4. L’onduleur
i. Le circuit de puissance de l’onduleur
ii. Le circuit de commande des cellules du convertisseur
5. Le filtre
II. Dimensionnement de chaque dispositif
1. Dimensionnement du redresseur
i. La tension moyenne
ii. Le courant moyen
iii. Tension inverse dans les diodes
iv. Les courants caractéristiques des diodes
2. Dimensionnement du condensateur de filtrage
3. Dimensionnement des composants de l’alimentation stabilisée
4. Dimensionnement du filtre
5. Dimensionnement de l’onduleur
i. Choix des transistors de puissance de l’onduleur
ii. Dimensionnement du circuit d’aide à la commutation
iii. Dimensionnement du circuit de commande
6. Dimensionnement de l’alimentation à découpage
i. Détermination des paramètres de l’alimentation
ii. Choix de L
iii. Choix de C
PARTIE 4 : ETUDE DE FLOTTAISON
I. Le volume de la carène
II. Dimensions du flotteur
III. Le système de fixation
1. Les efforts mis en jeu
2. Dimensionnement des câbles
PARTIE 5 : EVALUATION ECONOMIQUE ET ENVIRONNEMENTALE
I. Etude économique
1. Devis estimatifs des matériels
2. Etude comparative
3. Le flux net de trésorerie (FNT) ou CASH FLOW
4. Calcul de la valeur actuelle nette (VAN)
5. Calcul du taux de rentabilité interne (TRI)
6. Calcul du délai de récupération du capital investi (DRCI)
Interprétation
II. Etude d’impact environnemental
1. Le projet face à l’environnement
2. Les principaux impacts susceptibles d’être causés par le projet
i. Identification des impacts
• Phase préparatoire
• Phase de construction
• Phase d’exploitation
ii. Evaluation de l’importance des impacts
3. Proposition de solutions pour atténuer les impacts négatifs
4. Conclusion
CONCLUSION GENERALE
ANNEXE
