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Développement et gestion d'un système d'énergies renouvelables multisources avec stockage pour les télécommunications et l'habitat( Télécharger le fichier original )par Bertrand Olivier ETOUNGOU Institut international de l'eau et de l'environnement de Ouagadougou - Master du génie électrique énergétique et énergies renouvelables 2012 |
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I.INTRODUCTION GENERALEL'introduction des Techniques de l'Information et de la Communication (TIC) dans les Pays En voie de Développement (PED) a été faite sans tenir suffisamment compte de l'adaptation des équipements à l'environnement local et sans se préoccuper de l'attitude de l'utilisateur final. La situation des infrastructures de télécommunication de l'Afrique est plus préoccupante que celle des autres continents. On le constate, notamment, par la modestie des réseaux téléphoniques de base. Bien que tous les pays africains en disposent, ceux-ci n'atteignent qu'un nombre très limité de la population et ne couvrent, majoritairement, que les grands centres urbains. La population africaine représente 12% du total des habitants de la planète Terre mais son réseau téléphonique ne dépasse pas les 2% du réseau mondial. Le chiffre d'affaire généré par les services des télécommunications est de l'ordre de 1,3% du total mondial. En termes de rentabilité financière, une ligne téléphonique en Afrique rapporte deux fois plus qu'une ligne dans un pays industrialisé [12]. D'une part, les télécommunications ont un rôle stratégique incontestable dans la promotion du développement durable qui selon la définition de la Commission BRUNTLAND1(*), " répond aux besoins actuels d'une humanité solidaire, mais laisse aux générations futures la possibilité de survivre et de prospérer "[12]. D'autre part, elles ont pour objectif l'ouverture au monde extérieure et donc à l'information. Or la lutte contre la pauvreté passe également par l'information et les TIC demeurent un bon moyen pour y parvenir. En effet, avec un taux d'électrification rurale de l'ordre de 5% [12], les populations rurales Africaines ne sont généralement pas électrifiées, car trop onéreux pour les sociétés d'électrification. Il s'avère donc nécessaire de doter les zones rurales d'un réseau de télécommunications fiables avec des coûts réduits, en tenant compte des conditions locales: difficulté d'accès, rareté d'une main d'oeuvre qualifié, manque d'électricité, conditions climatiques rudes, pouvoir d'achat faible des populations. Dans un tel contexte, afin de diminuer significativement le pourcentage d'utilisation des énergies traditionnelles dans la consommation globale, il convient de lever les difficultés liées à l'emploi des énergies propres. L'une de ces difficultés est l'optimisation de la combinaison de plusieurs énergies. Au-delà de toutes considérations hypothétiques, les systèmes d'énergies renouvelables multisources avec stockage se présentent comme une solution d'avenir car ils offrent une multitude d'avantages : - la production de l'électricité renouvelable n'émet pas de gaz à effet de serre, il faut cependant réduire l'impact environnemental de la fabrication du système ; - l'électricité peut être produite au plus près de son lieu de consommation, de manière décentralisée, directement chez l'utilisateur, ce qui la rend accessible à une grande partie de la population mondiale ; - les systèmes d'énergies hybrides tirent l'électricité de plus d'une source d'énergie, ce qui assure la fiabilité et sont plus écologiques que les générateurs à carburant fossiles, et sont souvent plus économiques ; - les systèmes d'énergies hybrides sont variables selon les besoins des utilisateurs et vont des micros applications aux mini applications. Cependant, ces solutions exigent un dimensionnement laborieux préalable basé sur une connaissance approfondie du gisement en Energies Renouvelables du site d'implantation à l'amont, une gestion rigoureuse de l'énergie électrique produite à l'aval et un savoir-faire que seule l'expérience dans l'ingénierie des systèmes énergétiques pourra assurer. Pour répondre à ce besoin de dimensionnement, nous nous proposons de réaliser une étude qui a pour but de définir les méthodologies de travail et du système organisationnel mis en oeuvre afin d'avoir une bonne exécution des travaux de mise en place de ce système d'énergies à travers le thème intitulé : « Développement et Gestion d'un Système d'Energies Renouvelables Multisources avec Stockage pour les Télécommunications et l'Habitat ». Dans ce cadre, le présent travail décrit une étude sur l'utilisation d'un système hybride multi charges pour les télécommunications et l'habitat dans un pays de l'Afrique centrale, qui permettra : - de dimensionner les éléments de stockage en tenant compte des sources d'énergies renouvelables (fluctuantes et variables) ainsi que des profils d'utilisation au niveau de la charge ; - de gérer de façon optimale la production d'électricité provenant des sources renouvelables ; - de dimensionner une centrale de production électrique autonome, dite centrale hybride, qui combine entre deux sources d'énergies renouvelables (éolienne, photovoltaïque) avec stockage et un groupe électrogène de secours ; - l'étude technico-économique d'un tel système. En somme, il s'agit de développer un système hybride ( éolienne, solaire,...) avec stockage d'énergie (électrochimique, électrique,...) qui permettra de gérer de façon optimale la production d'électricité provenant des sources renouvelables en tenant compte des demandes instantanées et prévisionnelles de consommation au niveau des équipements de télécommunications et de l'usager, des disponibilités instantanées et prévisionnelles au niveau des sources énergétiques ainsi que des éléments de stockage à disposition. Ce travail sera composé de trois parties décrivant les étapes et les points clés du développement et de la gestion d'un système d'énergies renouvelables multisources avec stockage destinée aux télécommunications et l'habitat. La première partie sera consacrée aux matériels et à la méthodologie qui présente la démarche adoptée, le mode opératoire en vue d'aboutir aux résultats attendus. Pour mieux apprécier le travail effectué, la deuxième partie portera, éventuellement sur les résultats. Finalement, la dernière partie de ce mémoire est consacré à l'analyse critique et l'interprétation des données ou résultats générés dans la section résultats. La fiabilité des résultats ou des interprétations sera renforcée par la comparaison avec des travaux similaires. Ce manuscrit se terminera par une conclusion suivie des perspectives sur le travail effectué, des références bibliographiques et des sites WEB utilisés. PROBLEMATIQUE RascomStar-Qaf2(*) va entreprendre un vaste projet pour l'équipement des zones rurales africaines de télécentres, ceci dans l'optique de désenclaver en partie les villages qui sont pour la plupart des zones agricoles et poumons économiques de ces pays. Dans cet élan, plusieurs réseaux de téléphonie rurale seront mis sur pied, mais ceux-ci se trouverons confrontés à un certain nombre de difficultés: l'inadaptabilité, le coût élevé des équipements, et surtout le manque d'électricité. Il serait nécessaire de mettre en place une source de production d'énergie qui servira à alimenter les équipements de télécommunications ainsi que les populations environnantes. Pour ce faire, le choix d'une solution énergétique fiable et efficiente s'impose. Dans le cadre de cette étude, il est question de mettre à la disposition des utilisateurs, un générateur électrique fiable, de haut rendement, et de moindre coût, utilisant les énergies renouvelables pour l'alimentation des systèmes de radiotéléphonie et de l'habitat. Ø Définition et spécifications du problème L'installation des réseaux de télécommunications impose une alimentation électrique permanente et sans interruption. Nous devons donc faire un choix judicieux des ressources renouvelables pour alimenter ces réseaux. Ces ressources sont utilisées soit individuellement, soit mixtes (parallèles, ou alternées), en fonction des zones géographiques. La problématique de ce mémoire est de mettre sur pieds une source d'énergies renouvelables optimisée destinée à l'alimentation d'un système de télécommunications pour pouvoir l'exploiter au maximum et de l'utiliser rationnellement dans cette application. L'abonné attend d'un tel système le même niveau de fiabilité que pourrait lui offrir une autre source d'énergie conventionnelle. Cet axe d'optimisation de la source de production électrique nous amène tout de même à poser un certain nombre de questions sur les moyens et la façon de rechercher les solutions : - quelle gestion d'énergie associée en fonction des profils de consommation, combien de degrés de liberté énergétiques et combien de convertisseurs ? - quelle architecture pour interconnecter les différents éléments dans un site prédéterminé ? - quel niveau de tension continue, quel empilement optimal des cellules photovoltaïque et batteries pour constituer le stockage? - quelle solution pour obtenir la tension normalisée de 380V ? - quelle électronique de puissance ouvrant sur des solutions originales (transformateur, structures survolteuses) ? - quel stockage d'appoint, si nécessaire, pour démarrer, monter les batteries en température, fournir les appels de puissance, offrir une réversibilité, passer la puissance fluctuante (Plomb-Acide, Lithium-Ion, supercondensateur) ? - quels dimensionnements des composants? - quel approvisionnement en combustible en amont? Ces questions, loin d'être exhaustives pourront trouver des réponses dans les chapitres suivants. * 1 Rapport BRUNTLAND, réalisé par la Commission des Nations Unies sur L'Environnement et le Développement (CNUED) en 1987. * 2 RascomStar-Qaf est une compagnie privée de droit mauricien, dont le siège est à Port-Louis (Ile Maurice), chargée de l'implémentation et de l'exploitation du premier projet de télécommunications par satellite dédié au continent africain, sous la tutelle de l'organisation panafricaine RASCOM. |
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