Sources d’énergies renouvelables et systèmes d’énergie hybride

La croissance de la demande énergétique et la crise pétrolière de 1973 ont largement stimulé la recherche sur les énergies renouvelables. Les pays du Tiers Monde devraient être parmi les plus grands bénéficiaires du développement de l’énergie solaire qui contribuerait à la diminution de la dépendance en combustibles importés et qui sont à coûts élevés. Cependant, ceci doit s’inscrire dans une politique de développement durable dans laquelle de nombreuses nations se sont engagés plus ou moins timidement.

Dans nos pays, cette solution permet une exploitation rationnelle des ressources locales pour rompre l’isolement des localités se trouvant dans des zones hors réseau. Ces systèmes peuvent être accompagnés par des moyens de stockage d’énergie. Une fois associées à un accumulateur sur site, ces petites unités de production peuvent également assurer, de manière locale, une fonction de continuité de distribution de l’énergie électrique. Un tel système de production et de stockage décentralisé (dispersé ou distribué selon l’organisation à l’échelle de l’habitat individuel, de la collectivité locale ou de l’entreprise), semble répondre de façon intéressante à nos soucis de développement durable, aussi bien du point de vue environnemental que de celui de la sécurité d’approvisionnement.

Sources d’énergies renouvelables et systèmes d’énergie hybride

L’énergie est un important moteur du développement économique. En fournissant de l’énergie suffisante au secteur agricole, par exemple pour augmenter la capacité de pompage de l’eau pour l’irrigation, cela permettra d’augmenter la productivité du secteur. Or, dans les pays comme ceux du sahel, le secteur agricole (agriculture et élevage) constitue un axe important du développement économique et un stimulateur de la croissance du produit intérieur brut (PIB). La demande énergétique évolue de manière dynamique car non seulement elle influence le développement économique mais elle est elle-même influencée par la croissance de l’économie. Prenons par exemple le secteur agricole : l’énergie attribuée au secteur agricole peut être utilisée principalement pour l’irrigation (exhaure de l’eau), la production des énergies et la transformation des produits agricoles (moulin, séchoir). L’eau peut provenir du dessalement de l’eau de mer. Si l’on fournit l’énergie suffisante pour le développement de ce secteur, on en améliorera la productivité qui se traduira par une augmentation de revenus qui à leur tour nourriront la croissance du secteur agricole. Ceci aura pour effet naturellement de faire croître la demande énergétique correspondante.

Le développement des pays de la sous région est freiné par la faible disponibilité des approvisionnements énergétiques. En Mauritanie, le faible pouvoir d’achat de nos paysans limite cette disponibilité et les infrastructures nécessaires à la distribution d’énergie ne couvrent qu’une petite partie du pays. En effet, l’électrification rurale devient donc un enjeu important si l’on veut favoriser le développement du pays et réduire le fossé qui se creuse entre les zones rurales et les zones urbaines. La croissance démographique en Mauritanie par exemple (3,2%) combinée au développement souhaité de son industrie contribuera à l’augmentation de la demande énergétique domestique. Or la dépendance actuelle de la Mauritanie au niveau énergétique croîtra de façon dramatique et un déficit énergétique, qui se fait d’ailleurs sentir en certaines périodes par des délestages fréquents, pourra freiner son développement si des sources d’énergie domestiques ne sont pas développées. La consommation du bois énergie, représente aussi un problème aigu pour la Mauritanie. La tendance actuelle de l’exploitation des forêts n’est pas soutenable. Le climat de la Mauritanie (sa pluviométrie), les coupes incontrôlées pour le bois énergie et l’expansion de l’agriculture font en sorte que la forêt du sud sur le fleuve Sénégal est menacée. En effet, on estime que 200 000 ha de superficie forestière disparaissent annuellement, une situation intenable dans un pays du Sahel.

Énergies renouvelables 

Les énergies renouvelables incluent toutes les énergies issues de l’activité du soleil : soit sous forme de rayonnement direct (énergie solaire), soit par des cycles renouvelés de l’eau (énergie hydroélectrique), du vent (énergie éolienne) et de la biomasse (bois énergie, bio gaz, résidus agricoles). Elles sont dites renouvelables car elles sont inépuisables. De même, le bois est une source renouvelable si cette ressource n’est pas exploitée au delà de sa capacité de régénération. L’énergie solaire peut être exploitée de deux façons : soit en utilisant son irradiation naturelle pour chauffer un liquide par exemple, soit en utilisant une cellule photovoltaïque pour transformer la lumière reçue du soleil en électricité.

L’énergie hydroélectrique est produite par des chutes d’eau dans des turbines qui, mises en rotation et couplées à des alternateurs, produisent du courant électrique. Cette énergie hydroélectrique peut aussi provenir d’une turbine placée au fil de l’eau dans un cours d’eau rapide. Les barrages avec retenues d’eau en amont sont cependant considérés par de nombreux spécialistes comme des sources non renouvelables à cause du caractère temporaire de leurs réserves d’eau, notamment. Quand ces dernières sont exploitées au-delà de leurs capacités de réapprovisionnement. Le vent est le résultat des flux d’air créés par des différences de température et de pressions à cause de l’irradiation solaire, d’une région à l’autre du globe terrestre. L’énergie éolienne est générée par l’action du vent sur les pales d’un aérogénérateur produisant ainsi une force mécanique convertible en électricité par couplage avec un alternateur. Les régimes de vents doivent être constants et les vitesses élevées pour être exploitables commercialement.

L’énergie de la biomasse (agricole, d’élevage et forestière) provient, soit de sa combustion directe, soit de sa gazéification, soit de sa méthanisation, soit de sa fermentation alcoolique, soit encore de l’extraction d’huile végétale par pressurisation.

La Mauritanie possède un ensoleillement important sur toute son étendue avec des maxima dans sa partie nord. L’ensoleillement est assez régulier sauf aux mois d’Août, Septembre et Octobre où il est fortement réduit par la présence de nuages. Les valeurs moyennes mensuelles observées varient de 5 à 7 kWh/m2 par jour, et l’insolation moyenne varie entre 7 et 10 heures par jour. Par ailleurs, la Mauritanie possède des potentiels éoliens intéressants dans le nord du pays avec une vitesse moyenne de 9 m/s alors que la vitesse moyenne dans le sud se situe autour de 5 m/s. Cette ressource pourrait être exploitée notamment pour l’exhaure de l’eau à des fins domestique, agricole et pastorale. Comme on le verra plus loin, la biomasse forestière n’a pas une productivité permettant son exploitation à des niveaux supérieurs à ceux existants. Elle est déjà surexploitée et cette situation doit être corrigée dans les plus brefs délais. La biomasse agricole ne peut malheureusement pas constituer une alternative pour produire de l’énergie à cause des pratiques agricoles actuelles qui n’assurent pas de manière durable le maintien de la fertilité des sols et de son utilisation séculaire pour l’élevage transhumant.

Solaire photovoltaïque 

Les premières utilisations à grande échelle de l’énergie solaire photovoltaïque en Mauritanie ont commencé au milieu des années 1970 avec l’installation de la première centrale solaire de Chinguity (ville ancienne au nord de la Mauritanie). Les applications les plus répandues : le pompage solaire PV avec 2455,1 kWc ; la télécommunication; les stations relais TV; les radios émetteurs-récepteurs stationnaires (autres que ceux utilisés dans les CSI); les Centres de Santé Intégrés (CSI) ; l’éducation et plusieurs autres installations (privé, balisage, compteurs, météorologie, etc.).

L’utilisation la plus importante concerne l’exhaure de l’eau, suivie des télécommunications. La prépondérance de l’exhaure de l’eau s’explique d’une part, par la fiabilité des équipements et leur degré d’automatisation et, d’autre part, par l’importance du secteur hydraulique pour un pays sahélien où l’eau de surface est très rare. Le secteur des télécommunications bénéficie lui aussi du développement de l’énergie solaire photovoltaïque pour alimenter des relais qui se situent naturellement en brousse, loin de toute agglomération.

L’électricité solaire photovoltaïque intervient aussi dans le secteur de la santé pour l’éclairage, la production de froid et le brassage d’air. Elle améliore nettement le service de santé en rendant possible la conservation de vaccins et autres produits pharmaceutiques, en augmentant le confort du personnel médical et des malades, et en créant les conditions de meilleures interventions nocturnes.

Solaire thermique 

L’utilisation la plus répandue de l’énergie solaire thermique est le chauffe-eau solaire dont la promotion est assurée par le Centre de Recherche Appliquée aux Energies Renouvelables (CRAER).

Eolien

Le vent est présent sur la cote entre Nouakchott et Nouadhibou et au sud du pays (Fleuve) avec des vents plus forts et réguliers, donc exploitables. Les éoliennes sont utilisées pour la production électrique mais elles servent aussi comme force motrice pour l’exhaure de l’eau. Tout comme pour le solaire photovoltaïque, cette technologie s’adapte bien aux besoins ruraux. L’avantage marqué des éoliennes réside dans le coût des équipements qui sont sensiblement inférieur à celui des installations équivalentes en photovoltaïques. Cependant, l’indisponibilité et l’instabilité des régimes de vents peuvent limiter son application dans certaines régions du pays.

Biomasse

Les superficies forestières sont constamment en régression en Mauritanie suite à la désertification. Paradoxalement, le bois reste encore la principale source d’énergie pour les populations au plan national. Malheureusement, seule une partie du capital forestier peut être considérée aujourd’hui comme renouvelable, puisque le rythme d’exploitation du bois est nettement supérieur à la productivité des forêts. Les résidus agricoles peuvent être utilisés par les ménages ruraux pour le bétail et à des fins énergétiques au détriment de la fertilisation des sols. La production de bio gaz par fermentation anaérobie (méthanisation) de la biomasse agricole ou animale (dans des digesteurs) représente une excellente source d’énergie. Le bio gaz peut être utilisé comme combustible notamment à des fins de chauffage, cuisson, climatisation ou à l’alimentation de petites motorisations tels le pompage et les moulins à grain.

Table des matières

INTRODUCTION
Chapitre 1 : Sources d’énergies renouvelables et systèmes d’énergie hybride
Introduction
1.1 Énergies renouvelables
1.1.1 Solaire photovoltaïque
1.1.2 Solaire thermique
1.1.3 Eolien
1.1.4 Biomasse
1.1.5 Petites centrales hydrauliques
1.2 Système d’énergie hybride (SEH)
1.2.1 Définition et mission des SEH
1.2.2 Etat de l’art
1.2.3 Principaux composants des SEH
1.2.3.1 Energie solaire
1.2.3.2 Eolienne
1.2.3.3 Diesel
1.2.3.4 Système de stockage
1.2.3.5 Système de supervision
1.2.3.6 Convertisseur
1.2.3.7 Charges
1.2.4 Classification des SEH
1.2.5 Fonctionnement des SEH
1.3 Système de production expérimental du CRAER
1.3.1 Objectif du site
1.3.2 Dispositif expérimental
1.3.3 Problématique et conclusion
Chapitre 2 : Modélisation d’une chaîne de conversion photovoltaïque
Introduction
2.1 Modélisation d’un générateur photovoltaïque
2.1.1 Modèle idéal
2.1.1.1 Cas d’un panneau
2.1.1.2 Cas d’un générateur photovoltaïque
2.1.2. Modèle réel
2.1.2.1 Cas d’un panneau
2.1.2.2 Pour le générateur
2.2 Modélisation d’un système de stockage
2.2.1 Modèle de la capacité
2.2.2 Modèle de l’état des batteries
2.2.3 Equation de tension en décharge
2.2.4 Equation de tension en charge
2.2.5 Rendement de charge
2.3 Modélisation d’un convertisseur statique
2.4 Modélisation des charges
Conclusion
Chapitre 3 : Résultats de simulation sur le logiciel MATLAB
Introduction
3.1 Simulation d’un générateur photovoltaïque
3.1.1Modèle idéal
3.1.1.1 Cas d’un panneau
3.1.1.2 Cas d’un générateur
3.1.2 Modèle réel
3.1.2.1 Cas d’un panneau
3.1.2.2 Influence des paramètres sur les caractéristiques
3.1.2.3 Cas d’un générateur
3.2 Simulation d’un système de stockage
3.2.1 Influence de la température
3.2.1.1 Capacité
3.2.1.2 Etat des batteries
3.2.1.3 Tension des batteries
3.2.2 Influence du temps
3.2.2.1 Etat des batteries
3.2.2.2 Tension des batteries
3.2.3 Résistance de la batterie
3.2.3.1 Résistance en décharge
3.2.3.2 Résistance en charge
3.3 Simulation d’un convertisseur
CONCLUSION

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