Projet d’installation photovoltaïque autonome pour cinq villages de la commune d’ambohidratrimo

Du fait de l’épuisement progressif des ressources fossiles, et afin de protéger la planète du réchauffement climatique, les énergies renouvelables constituent incontestablement l’avenir dans le domaine de l’énergie. Parmi ces sources d’énergie, aussi appelées énergies propres, on distingue l’énergie solaire, éolienne, géothermique, hydroélectrique, et la biomasse. A Madagascar, une grande partie de l’électricité est produite à l’aide de centrales thermiques et de nombreuses régions rurales ne sont pas encore électrifiées. Il serait judicieux d’employer les énergies renouvelables afin de les électrifier, et augmenter ainsi le taux d’électrification du pays tout en évitant d’employer les ressources fossiles.

En ce qui concerne l’énergie solaire, Madagascar a un potentiel peu exploité jusqu’à maintenant. Pourtant, l’énergie solaire est souvent rentable lorsque les lieux à électrifier sont éloignés du réseau électrique. Elle serait alors plus rentable que l’extension du réseau électrique ou l’utilisation de groupes électrogènes qui, bien que moins chers lors des investissements initiaux sont plus coûteux à long terme à cause de l’achat permanent de carburant et des frais de maintenance élevés. L’énergie solaire quant à elle ne nécessite cependant que peu de maintenance, avec une longue durée de vie et ne produit pas de dioxyde de carbone. Mais avant de décider d’employer l’énergie solaire, un dimensionnement et une étude de rentabilité préalables de l’utilisation de cette énergie doit d’abord être faite. C’est ce que nous ferons, tout au long de ce mémoire (en ce qui concerne un site rural non électrifié) intitulé: « PROJET D’INSTALLATION PHOTOVOLTAÏQUE AUTONOME POUR CINQ VILLAGES DE LA COMMUNE D’AMBOHIDRATRIMO » .

Nous commencerons d’abord par présenter le site choisi et le contexte énergétique de Madagascar. Ensuite, nous continuerons par une description des installations photovoltaïques autonomes en décrivant les différentes parties qui les constituent: les modules photovoltaïques, les régulateurs, les batteries et les onduleurs afin de donner une image globale d’une installation autonome. Puis, nous décrirons de quelle manière dimensionner chacun de ces composants. Après, nous passerons à l’application sur cinq villages de la commune d’Ambohidratrimo qui sont nonélectrifiés et éloignés du réseau électrique. Nous dimensionnerons le système photovoltaïque puis nous évaluerons la rentabilité financière du projet à l’aide du logiciel RETScreen.

PRESENTATION DU SITE 

PRESENTATION GENERALE

Nous avons choisi dans ce travail de concevoir un projet d’électrification grâce à une centrale photovoltaïque autonome de l’Ecovillage Tsaratanàna ainsi que des 4 autres villages qui se situent à proximité (tous les cinq n’étant pas encore électrifiés) : Antsahakely, Antsaraloha, Antohibe, Indita. Ces cinq villages se situent tous dans commune rurale d’Ambohidratrimo à 16 km d’Antananarivo. Ensemble, ils abritent près de 2 000 personnes qu’il faudra fournir en énergie électrique.

Auparavant, les membres de l’association Yocontigo qui s’occupent de l’électrification des cinq villages (ainsi que du développement de l’écovillage Tsaratanàna) pensaient électrifier la zone grâce à l’électricité du réseau fournie par la JIRAMA. Mais certains problèmes comme l’insuffisance de la puissance reçue par un village ont conduit les membres de cette association à abandonner le projet de prolongement de la ligne électrique de la JIRAMA et de produire leur électricité eux mêmes. C’est pourquoi nous avons décidé d’évaluer si une centrale photovoltaïque autonome hors-réseau serait rentable pour l’électrification de ces lieux. Nous commencerons d’abord par le dimensionnement du système photovoltaïque, ensuite nous évaluerons sa rentabilité à l’aide du logiciel RETSCREEN (Nous ne nous intéresserons dans ce travail qu’à l’évaluation de la rentabilité d’une centrale photovoltaïque autonome hors-réseau si on choisissait celle-ci comme source d’énergie pour alimenter les cinq villages).

LIEU DE MISE EN PLACE DE LA CENTRALE PHOTOVOLTAÏQUE 

Voici le lieu où la centrale photovoltaïque pourrait être installée. Elle est située à une latitude de 18°49’48.0’’ Sud et à une longitude de 47°24’56.9’’ Est à une altitude de 1046 m.

Ce lieu est un atout certain pour l’utilisation de l’énergie solaire en effet :
– Le terrain est déjà dégagé, ce qui signifie que les travaux d’aménagement seront à moindre coûts,
– il est exposé aux rayons du soleil presque toute la journée, quasiment aucune ombre ne viendra cacher les modules durant la journée,
– il est près de l’utilisation pour limiter les pertes dans les câbles,
– il est plus près de la surveillance : les habitants de l’écovillage Tsaràtanana pourront se relayer pour la surveillance de la centrale,
– il possède une grande surface plane, idéale pour l’installation des panneaux.

Deux installations photovoltaïques ont déjà été mises en place auparavant ; l’une alimentant la menuiserie de l’écovillage Tsaratanàna et l’autre alimentant une maison de ce même village.

CONTEXTE

SITUATION ENERGETIQUE MONDIALE

La situation énergétique mondiale est marquée par la consommation croissante d’énergie et le recours toujours en hausse aux énergies fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon) malgré le contexte de raréfaction de ces ressources qui ne sont pas inépuisables à long terme et les conséquences de leur utilisation qui accélèrent notamment le changement climatique. La consommation énergétique mondiale a plus que doublé depuis 1973. La quantité de ressources énergétiques consommées, rapportées pour les mesurer à un équivalent en pétrole, est ainsi passée selon l’Agence Internationale de l’Energie (AIE) de 6 107 millions de tonnes équivalent pétrole (Mtep) à 12 717 Mtep en 2010.

La croissance de la population mondiale, qui pourrait passer de 7 milliards d’êtres humains actuellement à 9 milliard en 2050, et le développement économique, génèrent de nouveaux besoins de services énergétiques. Ainsi, deux milliards de personnes n’ont pas accès à l’électricité aujourd’hui. Au niveau mondial, la consommation d’énergie finale pourrait croître, si les tendances actuelles se poursuivaient, de 50% d’ici à 2035 selon l’AIE, sous l’impulsion notamment des zones en pleine croissance comme la Chine ou l’Inde avec un recours massif au charbon [1].

Les risques réels d’épuisement des sources d’énergie non renouvelables à terme nous font considérer de plus en plus les sources d’énergie renouvelables, les premières à être exploitées par l’homme. Par exemple, le bois – ou plus généralement la biomasse – représente le combustible le plus courant dans les pays en voie de développement. L’énergie hydraulique, jadis utilisée dans les moulins à eau, est actuellement exploitée dans les centrales hydroélectriques ; l’énergie utilise le mouvement d’importantes masses d’eau lors des marées ; l’énergie éolienne tire parti de la force du vent. L’énergie solaire, qui peut être transformée en électricité ou en chaleur, est le plus grand espoir comme source d’énergie inépuisable [2].

SITUATION ENERGETIQUE DE MADAGASCAR

La consommation énergétique à Madagascar

La structure de la consommation d’énergie à Madagascar est caractérisée par une forte dépendance vis-à-vis du bois énergie et dans une certaine mesure des produits pétroliers résultat d’une valorisation insuffisante des énergies alternatives propres, notamment l’énergie hydraulique, solaire et éolienne, le biogaz. Ces sources d’énergie ne sont pas compétitives suite aux prix très bas des produits ligneux (bois) sur les marchés locaux [3]. D’après une étude de la Fondation Energie pour le Monde et le Ministère de l’énergie, la consommation énergétique par habitant est de 0,2 tep/an, parmi les plus faibles au monde, la moyenne mondiale étant de 1,6 tep/an. Elle repose pour moment sur l’utilisation du bois et de ses dérivés ce qui a fortement contribué à la déforestation : la couverture forestière de l’île a diminué de près de 40% entre 1950 et 2000.

Le bois énergie constituerait la principale source d’énergie à hauteur de 92%. Les produits pétroliers viennent au second rang avec 7% des énergies consommées en 2011. Les produits pétroliers (gasoil et fuel oïl) occupent une place importante dans la production d’électricité à Madagascar tant du côté de la JIRAMA que du côté des opérateurs privés encadrés par l’ADER. En termes de production de la JIRAMA, la part du thermique (gasoil et fuel oil) augmente d’année en année passant de 28, 64% en 1994, elle atteint 45,54% en 2011 (JIRAMA). En termes d’effectif au niveau des opérateurs privés du secteur de l’électrification rural, une large proportion (73,6%) utilise le thermique diesel. Les énergies renouvelables viennent en troisième position avec 1%. Parmi les ressources renouvelables, l’exploitation de l’énergie hydraulique est relativement plus développée par rapport aux autres sources d’énergie pour la production d’électricité. L’énergie hydroélectrique représente 54% de la production de l’électricité de la JIRAMA en 2011. Au niveau des opérateurs privés en milieu rural, 18,6% utilisent l’hydraulique contre 3,9% contre la thermique biomasse; 3,57% pour l’éolienne et 0,29% pour le solaire [3].

Taux d’électrification à Madagascar

Globalement, l’accès à l’énergie électrique reste faible à Madagascar. Selon l’INSTAT, l’Enquête Périodique au niveau des Ménages réalisée en 2010 (EPM 2010) a montré que 12% des ménages malgaches possèdent l’électricité. L’enquête a également démontré une inégalité flagrante quant à l’accès à l’électricité en milieu rural et en milieu urbain. En effet, en milieu rural où vit près de 70% de la population, il n’y a que 4,8% des ruraux qui ont l’électricité en 2010. En milieu urbain, 39% des ménages ont accès à l’électricité en 2010 alors que ce taux était de 42% en 2001. Le pétrole lampant reste la principale source d’éclairage pour les ménages malgaches jusqu’à ce jour [4].

Table des matières

SYMBÔLES ET ABREVIATIONS
INTRODUCTION GENERALE
PARTIE I : GENERALITES
CHAPITRE 1 : PRESENTATION DU SITE
CHAPITRE 2 : CONTEXTE ENERGETIQUE
CHAPITRE 3 : LES ENERGIES RENOUVELABLES
CHAPITRE 4 : SYSTEMES PHOTOVOLTAÏQUES AUTONOMES (HORS RESEAU)
PARTIE II : METHODOLOGIE
CHAPITRE 5 : EVALUATION DE LA CONSOMMATION ENERGETIQUE
CHAPITRE 6 : ESTIMATION DES IRRADITIONS SOLAIRES JOURNALIERES
CHAPITRE 7 : DIMENSIONNEMENT DES DIFFERENTS COMPOSANTS
PARTIE III : APPLICATION ET RESULTATS
CHAPITRE 8 : DIMENSIONNEMENT ET CHOIX DES COMPOSANTS
CHAPITRE 9 : ANALYSE DE LA RENTABILITE DU PROJET A L’AIDE DU LOGICIEL
RETSCREEN INTERNATIONAL
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE
WEBOGRAPHIE
ANNEXES

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