LEÇON 1: GÉNÉRALITÉS SUR LES SYSTÈMES D’ÉNERGIE HYBRIDES À ÉNERGIES RENOUVELABLES
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1- Introduction
L’énergie électrique provenant de sources renouvelables, en particulier le vent et le soleil, est considérée comme une alternative de production intéressante dans les systèmes d’énergie électrique du monde d’aujourd’hui.
Cependant, leur utilisation est limitée par la variabilité des ressources qui risque de diminuer leur fiabilité.
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En plus, les fluctuations de la charge selon les périodes annuelles ou journalières ne sont pas forcément corrélées avec les ressources énergétiques disponibles.
Pour surmonter cette limite, la solution à retenir, en particulier pour les sites isolés, est certainement le recours et la combinaison de plusieurs sources, telles que les systèmes hybrides éolien-photovoltaïques avec stockage.
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1.1 Définition :
⚠ Le terme « Système d’Energie Hybride » fait référence aux systèmes de génération d’énergie électrique multi-sources.
⚠ Il s’agit de systèmes complexes associant différentes sources renouvelables ou bien combinées avec des sources conventionnelles (générateur diesel, turbines à gaz, etc.), différents éléments de stockage et différentes charges.
⚠ Ils permettent la compensation du caractère intermittent des sources renouvelables et offrent un rendement énergétique global plus élevé.
⚠ Leur intérêt essentiel est la possibilité d’autonomie énergétique qu’ils permettent vu qu’ils ne dépendent pas d’une seule source.
⚠ Ils peuvent résoudre en très grande partie le problème de la disponibilité de l’énergie.
1.2 Généralités sur les systèmes d’énergie hybrides
1.2.1 Schéma général:
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1.2.3 Les systèmes hybrides(éolien-photovoltaïque) avec stockage :
a- Les systèmes d’énergie hybrides connectés aux réseaux électriques
Les énergies éoliennes et solaires sont transformées sous la forme électrique transportable via les lignes vers le réseau. La production énergétique hybride est alors centralisée et mise en réseau entre plusieurs sites de production et de consommation.
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Majoritairement, les centrales hybrides sont de puissance inférieure à 12 MW. Alors elles sont soumises à la réglementation pour le raccordement des systèmes de micro-génération.
La majorité des systèmes hybrides raccordés au réseau, sont sans dispositif de stockage.
Dans certains systèmes connectés à un réseau électrique « faible », des unités de stockage sont introduites pour renforcer le réseau en cas de défaillance.à assurer un fonctionnement, éventuellement en mode dégradé, pour la durée de la coupure.
En cas de forte pénétration renouvelable, les dispositifs de stockage joueront un rôle important pour assurer la stabilité du réseau.
Dans d’autres systèmes, on remarque la présence de générateurs diesel qui constituent un second moyen de secours.
b-Les systèmes d’énergie hybrides autonomes (en site isolé)
Dans ce cas, il est parfaitement envisageable, voire impératif d’associer un élément de stockage de type accumulateur électrochimique ou hydrogène au système.
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Le « nœud électrique » permet de connecter et de distribuer l’énergie entre les différents composants du système.
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Exemple d’une configuration hybride générale dédiée à un site isolé : Couplage éolien photovoltaïque
Avec cette association, nous obtenons un réseau électrique complètement autonome à courant continu DC et/ou à courant alternatif AC.
On parle ainsi d’un mini- réseau local « iloté », à faible puissance de court-circuit.
N.B : Dans la plupart des références bibliographiques, il y a une corrélation établie comme naturelle entre, mini réseau « iloté » et système multi-sources
⧖ Les systèmes hybrides à configuration de bus commun continu sont plus adaptés à une génération ilotée de petite puissance.
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Exemple d’une configuration hybride multi-sources dédiée à un bus commun continu DC
La majorité de ces systèmes sont utilisés en sites isolés où l’énergie est produite et directement consommée en courant continu sur place ou à proximité des générateurs.
1.3 Avantages et limites des systèmes hybrides avec stockage :
+ Complémentarité des ressources en particulier vent et irradiation solaire que ce soit à l’échelle annuelle ou à l’échelle journalière.
+ Disponibilité de l’énergie plus fiable.
+ Efficacité environnementale.
– Stockage cher.
– Parfois ajout d’un groupe diesel de secours : approvisionnement en carburant, polluant, bruyant, économiquement moins viable en comparaison avec les sources d’énergies renouvelables.
– Si l’excès d’énergie ne peut être éliminé, la production doit alors être limitée ou même arrêtée.
– Problème de l’interconnexion et de la gestion énergétique.
– Dynamique rapide des générateurs : possibilité de surtension.
1.4 Composants d’un système hybride éolien photovoltaïque avec batteries :
Système photovoltaïque : modules ou panneaux
Eolienne : pales, moyen, arbre primaire, multiplicateur, arbre secondaire, générateur électrique, mât, système d’orientation de la nacelle, système de refroidissement, outils de mesure du vent, système de contrôle électronique, transformateur, etc.
