Hybridation d’une Centrale Diesel en Energie Photovoltaïque

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République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
UNIVERSITE d’ADRAR
FACULTE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE
DEPARTEMENT DES SCIENCES DE LA MATIERE
Soutenu le : 24/10/2013
Présenté par : Membres de jury :
Ahmed IDDA Président :
Dr Salim .MAKHLOUFI Univ.d’ADRAR
Encadré par : Examinateurs
Dr Said.BENTOUBA
Univ.d’ADRAR
Mr. Djilali Chouguer
Univ.d’ADRAR
MEMOIRE DE FIN D’ETUDE en vue de l’obtention du diplôme de
MASTER en Physique Energétique
Hybridation d’une Centrale Diesel en
E
nergie Photovoltaïque
:
Faisabilité techniques et Rentabilité économique.

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Sommaire
Introduction générale.................................................................................................................... 1
Chapitre I : Technologies du production d’électricité au sud algérien :
État de l'art, Contraintes et Perspectives
1.1. Utilité de l’électrification rurale ................................................................................... 11
1.2. Besoins énergétiques des zones rurales non électrifiées ............................................... 11
1.3. Différentes technologies de production d’électricité au sud d’algérien. ...................... 12
1.3.1. Pourquoi une centrale diesel ? ...................................................................................... 12
1.3.2. Petites centrales Photovoltaïque (de 3KWc jusqu’à 50KWc) ...................................... 12
1.3.3. Potentiel du marché photovoltaïque en Algérie [36]. ................................................... 13
1.4. Problématiques de production d’électricité par des centrales diesel au sud algérien. 13
1.4.1. Générateur Diesel : ........................................................................................................ 14
1.4.2. Les contraintes de production d’électricité par les générateurs diesel ........................ 15
1.5. Les réseaux isolés : ........................................................................................................ 17
1.6. L’énergie solaire photovoltaïque « solution alternative » ............................................ 17
1.6.1. Inconvénients des sources photovoltaïques .................................................................. 18
1.6.2. Exemples projets d’électrification rurale photovoltaïque dans le monde ................... 19
1.7. Micros réseaux (Microgrids) « nouvelle technologie » ................................................. 21
1.8. Hybridation des centrales diésel: un atout pour les réseaux isolés:............................. 22
1.9. Objectifs de ce mémoire ................................................................................................ 22
Chapitre II : Energie Photovoltaïques :
Principes de fonctionnement, Technologies et Applications
2.1. Système photovoltaïque ................................................................................................. 25
2.2. Les applications des systèmes photovoltaïques : .......................................................... 26
2.2.1. Les systèmes PV autonome : Ceux-ci alimentent des appareils d’utilisation :............ 26
2.2.2. Les systèmes connectés au réseau ................................................................................. 26
2.2.3. Les systèmes photovoltaïques hybrides ....................................................................... 26
2.3. Le système hybride PV/Diésel. ...................................................................................... 27
2.4. Les principaux composants d’un système PV/Diésel. .................................................. 27
2.4.1. Générateur photovoltaïque ........................................................................................... 27
2.4.1.1. Caractéristique I-V d’une cellule photovoltaïque ........................................................ 28
2.4.1.2. Technologie de cellules photovoltaïque [26] ................................................................. 28

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2.4.1.3. Montage des cellules photovoltaïques ........................................................................... 30
2.4.1.4. Montages des modules photovoltaïques ........................................................................ 31
2.4.1.5. Caractéristique des panneaux photovoltaïques ............................................................ 31
2.4.1.6. Avantages et inconvénients des sources photovoltaïques :........................................... 32
2.4.2. Système de stockage : .................................................................................................... 32
2.4.2.1. Batteries électrochimiques ........................................................................................... 33
2.4.2.2. Supercondensateur ....................................................................................................... 37
2.4.2.3. Comparaison entre supercondensateurs et batteries dans un système de stockage
d’énergie. . ................................................................................................................................... 39
2.4.3. Convertisseurs ............................................................................................................... 39
2.4.4. Protection de systèmes photovoltaïques ....................................................................... 42
2.4.5. Les générateurs diesel ................................................................................................... 42
2.4.6. Système de supervision .................................................................................................. 43
2.5. Classifications des systèmes hybrides PV/Diésel .......................................................... 45
2.6. Les déférentes structures du système hybride PV/Diésel : .......................................... 45
2.6.1. Configuration de bus CC : ............................................................................................ 46
2.6.2. Configuration de bus mixte AC/CC .............................................................................. 47
2.6.3. Configuration de bus CA .............................................................................................. 49
2.6.4. L’aspect pratique de la configuration de bus exclusivement CA................................. 49
Chapitre III : Centrale hybrides PV/diésel:
Modélisation, Dimensionnement et Stratégie de Gestion.
3.1. Principaux composantes systèmes hybride PV/Diésel .................................................. 52
3.2. Modélisation d’un système hybride PV/diésel .............................................................. 53
3.2.1. Modélisation du générateur photovoltaïque ................................................................. 53
3.2.2. Modélisation du système de stockage : ......................................................................... 59
3.2.3. Modalisation des convertisseurs : ................................................................................. 60
3.2.3. Modélisation du générateur Diesel ............................................................................... 62
3.2.3. Modélisation de la charge.............................................................................................. 67
3.2.3. Modélisation d’une centrale hybride PV/diesel ............................................................ 68
3.3. Dimensionnement d’un système hybride PV/Diésel :................................................... 68
3.3.1. Dimensionnement le système solaire PV : .................................................................... 69
3.3.2. Dimensionnement des convertisseurs .......................................................................... 70
3.3.3. Dimensionnement des générateurs Diésel..................................................................... 71

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3.3.4. Dimensionnement de systèmes de stockage ................................................................. 71
3.3.5. Principes d'optimisation énergétique d’un centrale hybride PV/Diésel ...................... 71
3.3.6. Outils pour optimisation d’une centrale hybride PV/Diésel ........................................ 74
3.4. Stratégie de gestion d’un centrale hybride PV/Diésel. ................................................. 75
3.4.1. Problèmes rencontrés dans le fonctionnement des centrales hybrides ........................ 75
3.4.2. Modes de fonctionnement d’une centrale PV/Diésel (consignes). ................................ 77
3.4.3. Système de supervision et commande d’un centrale PV/Diésel (décision) .................. 78
3.4.4. Solution pour la gestion de la réserve de puissance (surplus de puissance) ................ 79
Chapitre IV : Hybridation d’une centrale diésel en Photovoltaïque:
« étude de préfaisabilité ».
4.1. Rappel des contraintes .................................................................................................. 81
4.1.1. Enjeux majeurs du projet ............................................................................................. 81
4.1.2. Contrainte de parc diésel & réseau isolé au sud........................................................... 82
4.1.3. Contraintes Naturelles .................................................................................................. 82
4.1.4. Contrainte de prestation Client .................................................................................... 82
4.1.5. Contrainte de fiabilité ................................................................................................... 82
4.1.6. Problèmes de pollution de plus en plus mal vécus par la population ......................... 82
4.2. L’analyse de l’état actuel d’une centrale diésel de la courbe de charge ...................... 82
4.2.1. Audit Énergétique du parc Diesel au grand sud algérien: ........................................... 82
4.2.2. La crise d’électricité de l’été 2011/2012 ........................................................................ 83
4.2.3. Les leçons de la crise énergétique d’été 2011/2012 ....................................................... 83
4.2.4. Principe du fonctionnement .......................................................................................... 84
4.2.5. Principales caractéristiques de gestion d’une centrale Diésel ...................................... 85
4.2.6. L’étude de courbe de charge et des besoins en énergie pour les réseaux isolés. .......... 86
4.3. Le potentiel solaire en Algérie....................................................................................... 87
4.3.1. Potentiel solaire des différentes régions d’Algérie ....................................................... 87
4.3.2. Évaluation du Gisement Solaire ................................................................................... 88
4.4. Configuration d’un système PV et les méthodes de l’intégration dans une centrale
diésel……………………………………………………………………………………………………………………………………....90
4.4.1. Dimensionnement d’une centrale solaire PV pour hybridation d’une centrale
diésel………………………………………………………………………………………………...90
4.4.1.1. La puissance de centrale diésel et réseau isolé à hybrider ........................................... 90
4.4.1.2. Le Taux de Pénétration en Puissance (TPP) ................................................................ 91
4.4.1.3. Les conditions environnementales du site ................................................................... 91

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4.4.1.4. Le profil de charge et taux évolution de charge annuelle ........................................... 91
4.4.1.5. Présence de stockage d’énergie .................................................................................... 91
4.4.2. Optimisation d’une centrale solaire PV pour hybridation d’une centrale diésel ........ 92
4.4.3. Les différents scénarios pour hybridation d’une centrale Diésel. ............................... 92
4.4.3.1. Scénarios 01 .................................................................................................................. 92
4.4.3.2. Scénarios 02 .................................................................................................................. 93
4.4.3.3. Problématique d’insertion des centrales solaire PV au réseau isolé ............................ 93
4.4.3.4. Choix de scénarios approprié........................................................................................ 93
4.4.4. Techniques d’insertion d’une centrale PV au centrale Diésel ..................................... 94
4.5. Le concept d’une stratégie de gestion et de supervision de centrale hybride
PV/Diésel…………………………………………………………………...……………………………….94
4.5.1. Problèmes rencontrés dans le fonctionnement d’une centrale hybride ....................... 94
4.5.2. Principes de fonctionnement d’une centrale hybride PV/Diésel. ................................. 94
4.5.3. Supervision d’un ensemble d’une centrale hybride PV/Diésel .................................... 96
4.6. Etude de préfaisabilité................................................................................................... 97
4.6.1. Description de cas étudié ............................................................................................... 97
4.6.3. Simulation ...................................................................................................................... 99
4.6.3.1. Présentation de l’outil de simulation. ......................................................................... 100
4.6.3.2. Construire le schéma de conception de la centrale hybride PV/Diésel ...................... 100
4.6.4. Résultats de la simulation du centrale hybride PV/Diésel ......................................... 101
4.6.5. Evaluation des performances d’hybridation d’une centrale Diésel en énergie PV. .. 102
4.6.5.1. Evaluation énergétique: .............................................................................................. 102
4.6.5.2. Evaluation environnemental (Emissions des gaz polluants) ...................................... 103
4.6.5.3. Evaluation économique ............................................................................................... 104
4.6.6. Les sources de financements. ...................................................................................... 104
4.6.6.1. Cadre juridique ........................................................................................................... 104
4.6.7. Consignes proposée pour la gestion d’énergie dans d’une centrale Diesel/PV. ........ 106
Conclusion générale .................................................................................................................. 108