Filière de licence professionnelle

Techniques d’Exploitation des Énergies Renouvelables

Stage de fin d’études

Analyse du bilan énergétique de l’usine de ciment

Indusaha et de la production de son parc éolien

Mémoire présenté par

Halima EZZAARI, Brahim IDOUGLID et Tifawt MGANI

Le 17 Mai 2016

Devant la commission :

Hassan Chaib Professeur, Faculté Polydisciplinaire de Ouarzazate Encadrant

Abdessamad Rafiki Professeur, Faculté Polydisciplinaire de Ouarzazate Examinateur

Année universitaire 2015/2016

ii

REMERCIEMENTS

Notre étude n’aurait pu se faire sans l’aide précieuse et constructive d’un grand nombre de

personnes que nous tenons à les remercier infiniment pour tous les efforts qu’ils ont consentis

afin de nous aider à élaborer ce travail.

Nous tenons à remercier toute l’équipe pédagogique de la Faculté Polydisciplinaire de

Ouarzazate et en particulier tout le corps professoral intervenant dans la filière « Techniques

d’Exploitation des Énergies Renouvelables » pour l’effort fourni pour réussir notre formation

et mieux atteindre tous les objectifs attendus des différentes matières.

Nos remerciements les plus distingués sont à l’égard de notre encadrant, Monsieur H. Chaib,

qui en tant que professeur, a bien voulu accepter de suivre notre travail, nous diriger, afin de

pouvoir mener ce stage à terme.

Nos sincères remerciements s’adressent également à tout le personnel de la société Indusaha

pour leur accueil chaleureux et aussi aide et étroite collaboration.

Nous tenons également à remercier toutes les personnes, qui, de près ou de loin, se sont

impliquées dans la réalisation de ce rapport, tant par le soutien opérationnel, que

professionnel.

Nous adressons également nos sincères remerciements aux membres de nos familles qui n’ont

jamais hésité à nous offrir le meilleur d’eux-mêmes, et surtout les parents qui ont supporté les

frais de nos études.

iii

SOMMAIRE

INTRODUCTION ................................................................................................................................... 1

CHAPITRE I : PRESENTATION DE L’ENTREPRISE D’ACCUEIL ........................................... 2

I.1. INTRODUCTION ........................................................................................................................ 2

I.2. CIMENTS DU MAROC ............................................................................................................... 2

I.3. PRESENTATION D’I NDUSAHA .................................................................................................. 2

I.3.1. Réception de la matière première .................................................................................... 3

I.3.2. Raison de création du parc .............................................................................................. 3

I.4. CONCLUSION ........................................................................................................................... 3

CHAPITRE II : ENERGIE EOLIENNE ET PARC ÉTUDIÉ ............................................................ 4

II.1. INTRODUCTION ........................................................................................................................ 4

II.2. NAISSANCE DES ENERGIES RENOUVELABLES .......................................................................... 4

II.3. ÉNERGIE EOLIENNE .................................................................................................................. 4

II.3.1. Définition.......................................................................................................................... 4

II.3.2. Description et fonctionnement des aérogénérateurs ........................................................ 5

II.3.3. Limite de Betz ................................................................................................................... 8

II.4. PRESENTATION DU PARC INSTALLE A INDUSAHA .................................................................... 8

II.4.1. Paramètre du parc ........................................................................................................... 8

II.4.2. Dimensions de l’aérogénérateur G52-850 kW ................................................................. 9

II.4.3. Raccordement au réseau ................................................................................................ 10

II.5. CONCLUSION ......................................................................................................................... 11

CHAPITRE III : BILAN ENERGETIQUE DE L’USINE ET DE SON PARC ................................ 12

III.1. INTRODUCTION ...................................................................................................................... 12

III.2. ANALYSE DE LA PRODUCTION DU PARC ET LA CONSOMMATION DE L’USINE ....................... 12

III.2.1. Logiciel SCADA ............................................................................................................. 12

III.2.2. Évolution de la production du parc en fonction de la vitesse du vent ............................ 12

III.2.3. Analyse du bilan énergétique de l’usine......................................................................... 14

III.2.4. Effet de la maintenance sur la disponibilité du parc ...................................................... 17

III.3. DIFFERENTES PROCEDURE DE MAINTENANCE AU PARC D’I NDUSAHA .................................. 18

III.3.1. Maintenance préventive du parc .................................................................................... 18

III.3.2. Maintenance corrective .................................................................................................. 19

III.4. CONCLUSION ......................................................................................................................... 19

CONCLUSION ..................................................................................................................................... 20

BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................................ 21

1

INTRODUCTION

Dans un monde où les mots “optimiser“ et “gagner“ prennent tout leur sens, le “changement“

se traduit par la mondialisation des marchés. Ce changement radical incite les entreprises à ne

plus compter sur leurs méthodes classiques. Celles-ci ne sont plus rentables face aux charges

et aux demandes en croissances. Cependant, les entreprises se sont orientées vers de nouvelles

technologies afin de réduire le coût de revient. En plus, l’utilisation de l’énergie solaire pour

chauffer le logement, produire l’eau chaude sanitaire contribue à diminuer la demande en

énergie électrique.

C’est dans ce contexte qu’a eu la naissance des énergies renouvelables afin d’améliorer les

performances des entreprises et lui assurer la pérennité et la meilleure compétitivité. Les

énergies renouvelables sont devenues une préoccupation majeure de la plupart des entreprises

désirants la perfection et l’optimisation de leur performance.

La société Indusaha du groupe Ciment du Maroc est parmi les leaders du marché de la

cimenterie. Vue la rude concurrence dans ce secteur, l’entreprise a songé à fortifier son

potentiel par l’implantation d’un parc éolien qui lui permettra de fournir entièrement son

usine en électricité tandis que l’excès sera vendu automatiquement à l’ONEE (office national

de l’électricité et de l’eau potable) via le réseau.

En cherchant plus d’autonomie et une source de gain supplémentaire par la vente d’électricité,

son investissement n’est sans aucun doute un investissement très rentable sur tous les niveaux

où l’image environnementale de l’entreprise s’embellira.

Dans le cadre de stage de fin d’étude nous avons eu l’opportunité de passer ce stage en

trinôme au sein de la société Indusaha dont le but est de faire l’analyse des données et la

variation de consommation d’usine en électricité à partir du parc éolien d’une part, et à partir

de l’ONEE dans l’autre part indiquons les problèmes qui peuvent mener à l’arrêt du parc ou

d’une des éoliennes, proposons des suggestions pour optimiser la productivité du parc et

d’usine et atteindre le maximum possible de performance.

2

CHAPITRE I : PRESENTATION DE L’ENTREPRISE D’ACCUEIL

I.1. I NTRODUCTION

Pour mettre en situation la problématique de notre stage, nous commencerons par une

présentation du groupe Ciments du Maroc. En second lieu, nous présenterons une description

de la société Indusaha dans laquelle nous avons effectué le stage. En fin nous déterminons les

raisons pour les quelles l’usine pensait d’inauguré le parc éolien.

I.2. CIMENTS DU M AROC

Ciment du Maroc est une filiale du groupe cimentier italien Italcementi Group leader

européen du ciment qui contrôle une cinquantaine d’usines à travers le monde. Ciments du

Maroc est le 2ème cimentier au Maroc et le premier opérateur dans le béton prêt à l’emploi et

les granulats. Le dispositif industriel du ciment se constitue de 3 usines (Aït Baha, Safi et

Marrakech) et 2 centres de broyage (Laâyoune et Jorf Lasfar), 4 carrières de granulats et de 24

centrales à béton implantées à travers les principales villes du pays.

I.3. PRESENTATION D ’I NDUSAHA

L’usine Indusaha est située à 18 km, route de port Laâyoune, c’est une filiale de Ciments du

Maroc. Elle produit et commercialise trois qualités de liants hydrauliques relevant de la norme

NM10.1.004 : CPJ 35, CPJ 45 et CPJ 45 Prise Mer, la différence entre ces produits réside

dans les pourcentages d’ajouts des différents additifs, qui affectent la résistance, ainsi que

dans leurs champs d’utilisation :

Le CPJ 35, faible en clinker, adapté uniquement aux applications ne nécessitant pas de

résistances élevées tel que la maçonnerie et le béton courant ;

Le CPJ 45 et le CPJ 45 Prise Mer, convient aux ouvrages en béton armé fortement

sollicité en milieux agressifs tels que l’eau de mer ou l’eau saumâtre.

Ces ciments sont produits à partir du clinker acheté des usines de ciments du Maroc (Safi,

Marrakech et Agadir) et des matières d’ajouts constituées de calcaire de gypse. La capacité

actuelle de l’usine est de 500 000 tonnes de ciment par an. L’usine d’Indusaha a été créée en

2001 et entrée en production de son centre de broyage. Il est équipé par deux broyeurs B1 et

B2 identiques, alors deux cycles de production identiques afin d’augmenter la production et

de satisfaire les besoins en ciments de la région.

3

I.3.1. Réception de la matière première

Les différents types de ciments sont produits essentiellement à base de clinker acheté des

autres usines de ciments du Maroc ou de Lafarge et au niveau du centre on ajoute le calcaire,

la pouzzolane, le laitier et le gypse.

I.3.2. Raison de création du parc

Italcementi Group s’emploie à prévoir, limiter, atténuer et infléchir les impacts de toutes ces

activités sur l’environnement. Il promeut également le développement de produits innovants

respectueux de l’environnement. Pour cela il relève activement les défis des changements

climatiques en réduisant ses émissions de gaz à effet de serre, en donnant la priorité à des

sources d’énergies renouvelables et à l’utilisation efficiente de l’énergie et des ressources.

Pour ces raisons, et suite aux facteurs ruineux en électricité dont elle dépense mensuellement,

l’entreprise Indusaha décida de s’engager dans un projet d’énergie renouvelable par la

réalisation d’un parc éolien qui, depuis 2011, couvre 60% du besoin annuel de l’usine.

I.4. CONCLUSION

L’inauguration du parc éolien au sein de l’Indusaha a un grand gain économique et

environnemental, d’une part il diminue les factures en électricité payé à l’ONEE, et d’autre

part, ce parc épargne près de 2000 tonnes de CO2 par an.

4

CHAPITRE II : ENERGIE EOLIENNE ET PARC ÉTUDIÉ

II.1. I NTRODUCTION

Dans ce chapitre, nous allons définir le terme « énergies renouvelables » avant de passer à 1a

description d’un type de ces énergies (éolienne) en se basant sur le parc éolien d’Indusaha

dont les éoliennes sont fabriquées par Gamesa.

II.2. NAISSANCE DES ENERGIES RENOUVELABLES

Pour vivre, l’homme a toujours eu besoin d’énergies. Mais depuis le 18ème siècle, il puise dans

des ressources non renouvelables qui s’épuisent tous les jours un peu plus. L’énergie la plus

utilisée dans le monde est d’origine fossile, comme le charbon, le pétrole ou le gaz…

Cependant, ces réserves ne se trouvant pas en quantité suffisante pour les besoins

énergétiques des générations futures, il faut découvrir et exploiter de nouvelles sources. De

plus ces énergies polluent et aggravent l’effet de serre déjà bien prévalent. L’homme a

remarqué que, sur le long terme, cette pollution pouvait constituer une réelle menace pour la

terre et pour son équilibre. Ainsi, au fil des années et des sommets écologiques, les énergies

dites « propres » ont été mises en valeur. Il s’agit d’énergies fournies par le soleil ou qui en

découlent, comme le vent, les chutes d’eau, les végétaux, les marées. Ces types d’énergies

résolvent la problématique expliquée précédemment. C’est ce qu’on appelle des énergies

renouvelables. L’astre jaune étant une source d’énergie quasiment inépuisable.

II.3. ÉNERGIE EOLIENNE

II.3.1. Définition

L’énergie éolienne est l'énergie produite par le vent, et plus spécifiquement, l’énergie tirée du

vent au moyen d’un dispositif aérogénérateur comme une éolienne. C’est une forme indirecte

de l'énergie solaire, puisque ce sont les différences de températures et de pressions induites

dans l'atmosphère par l'absorption du rayonnement solaire qui mettent les vents en

mouvement. L'éolienne, que l'on nomme aussi aérogénérateur, est une machine qui permet la

transformation de l'énergie du vent en mouvement mécanique, puis le plus souvent en

électricité. Lorsque l'on ne produit qu'une force mécanique pour actionner une pompe, on

parlera seulement d'éolienne; par contre lorsque l'on produit de l'électricité, on parlera

d'aérogénérateur.

5

II.3.2. Description et fonctionnement des aérogénérateurs

Il existe de nombreuses technologies différentes d’aérogénérateurs, ayant chacune des

avantages spécifiques. Les éoliennes se divisent en général en deux grands groupes selon

l’axe sur lequel est montée. Les éoliennes horizontales peuvent être de type « aval » ou «

amont ». Dans la majorité des cas, ce sont des éoliennes « amont », c’est-à-dire que le vent

souffle directement sur les pâles de l’éolienne. Les éoliennes à axe vertical sont plus

onéreuses que les éoliennes à axe horizontal et de conception plus complexes mais s’adaptent

plus facilement à des zones de vent irrégulier. Il existe deux modèles d’éoliennes à axe

vertical : Savonius et Darrieus. On distingue deux catégories des éoliennes, « onshore »,

signifiant sur le sol et « offshore » c’est-à-dire sur la mer. De nos jours, les éoliennes sont

quasiment toutes à axe horizontal à l'exception de modèles à axe vertical tels que le rotor de

Savonius et de Darrieus qui sont encore utilisés mais qui tendent à disparaître. Ici nous allons

traiter les aérogénérateurs classiques tripales à axe horizontale qui sont les plus répandu.

II.3.2.1. Composantes d’éolienne classique

Les composantes d’une éolienne classique sont représentées sur la figure II.2. Chaque

composante fonctionne de manière différente et compromis au même temps :

La nacelle contient les principaux composants d'une éolienne, entre autres le

multiplicateur et la génératrice.

Les pales du rotor captent le vent et transfèrent sa puissance au moyeu du rotor.

Le moyeu du rotor est fixé à l'arbre lent de l'éolienne.

L'arbre lent de l'éolienne lie le moyeu du rotor au multiplicateur.

Le multiplicateur est situé à droite de l'arbre lent. Il fait tourner l'arbre rapide à une

vitesse 75 fois supérieure à celle de l'arbre lent.

L'arbre rapide tourne à environ 1500 tours par minute et entraîne la génératrice

électrique. Il est muni d'un frein mécanique à disque actionné en cas d'urgence

lorsque le frein aérodynamique tombe en panne ou en cas de maintenance de

l'éolienne.

La génératrice (ou l'alternateur) est généralement asynchrone.

Le système d'orientation utilise des moteurs électriques pour pivoter la nacelle avec

le rotor de sorte que celui-ci soit toujours orienté face au vent. Le dispositif

d'orientation est opéré par le système contrôle-commande qui enregistre la direction

6

du vent grâce aux signaux émis par la girouette. Normalement, elle ne pivote que

quelques degrés à la fois, lorsque le vent change de direction.

Le système de changement de pas (pitch controle) sert essentiellement à optimiser

la puissance électrique obtenue pour chaque vitesse du vent inférieure à la nominale

par l’orientation des pales autour de son axe longitudinal. Lorsque la vitesse du vent

est supérieur à la nominale, l’angle de pas sera sélectionné pour fournir la puissance

nominale de la machine. Ce système peut également fonctionner comme un système

de freinage primaire par la mise en drapeau des pales, une position où le vent a le

minimum d’influence sur le mouvement des pales.

Le système contrôle-commande comporte un ordinateur qui surveille en permanence

l'état de l'éolienne tout en contrôlant le dispositif d'orientation. En cas de défaillance

(par exemple : surchauffe du multiplicateur ou de la génératrice), le système arrête

automatiquement l'éolienne et le signale à l'ordinateur de l'opérateur de l'éolienne via

un modem téléphonique.

Le système hydraulique pilote les freins aérodynamiques de l'éolienne et

l’orientation des pales.

Le système de refroidissement contient un ventilateur électrique utilisé pour refroidir

la génératrice. En plus, le système comporte un refroidisseur d'huile destiné à refroidir

l'huile de la génératrice.

La tour d'une éolienne supporte la nacelle et le rotor. Il est préférable d'avoir une

tour haute, étant donné que la vitesse du vent augmente plus qu’on s'éloigne du sol.

L'anémomètre et la girouette sont utilisés pour mesurer la vitesse et la direction du

vent, respectivement. Les signaux électroniques émis par l'anémomètre sont utilisés

par le système contrôle-commande de l'éolienne pour démarrer l'éolienne lorsque la

vitesse du vent atteint approximativement 4 m/s. De même, le système de commande

électronique arrête automatiquement l'éolienne lorsque la vitesse du vent dépasse 25

m/s afin d'assurer la protection de l'éolienne et de son entourage. Le système contrôle-

commande utilise les signaux de la girouette pour orienter l'éolienne dans le vent à

l'aide du dispositif d'orientation.

7

Figure II.1 : Éolienne classique.

II.3.2.2. Fonctionnement

L'énergie éolienne est produite par la force que le vent exerce sur les pales d'une éolienne.

Pour produire de l'électricité, le vent doit souffler à une certaine vitesse pour que le démarrage

du rotor puisse se faire. Ce seuil est habituellement de 4 m/s (14,4 km/h). Le rotor entraînera

le mouvement de l'arbre qui est relié à l'alternateur, qui pourra ainsi changer l'énergie

mécanique en énergie électrique. Plus la vitesse du vent augmente, plus la génératrice pourra

produire d'énergie. L'augmentation s'arrête cependant quand la vitesse nominale est atteinte.

Au-delà de cette limite bien souvent située à 12 m/s ou 43 km/h, on restreint la production

pour ne pas abimer la génératrice. Habituellement, on arrête les éoliennes quand les vents

dépassent les 25m/s ou 90 km/h pour éviter les accidents.

8

II.3.3. Limite de Betz

L’allemand Albert Betz a démontré que la puissance théorique maximale développée par un

capteur éolien est égale à 16/27 (soit environ 59,3%) de la puissance incidence du vent qui

traverse l’éolienne. C’est ce qu’on l’appelle la limite de Betz. Cette démonstration repose sur

les équations fondamentales de la mécanique des fluides, et suppose que le vent est un fluide

parfait incompressible, donc on a : ventmax P27

16P = et 3

vent SV2

1P ρ= avec Pvent (en W) est la

puissance disponible du vent, ρ la masse volumique (en kg/m3), S la surface balayée par le

rotor de l’éolienne (en m2) et V la vitesse du vent. Puisque les hypothèses utilisées qui ne sont

pas vérifiées dans la réalité, cette limite est en fait une limite haute qui ne peut pas être

atteinte. Pour classer les éoliennes par rapport à cette limite de Betz, on utilise couramment le

coefficient de puissance Cp définit par vent

éoliennep P

PC = . La vitesse spécifique λ, dit aussi le

rapport d’avance ou paramètre da rapidité comme étant le rapport de la vitesse d'extrémité des

pales sur la vitesse du vent : 0V

RΩ=λ , avec Ω est la vitesse du rotor (les pales) en tr/min, R

est le rayon de la pale (en m) et V0 la vitesse du vent (en m/s). La courbe Cp(λ), spécifique à

chaque éolienne permet de classer les différents types d’éolienne.

II.4. PRESENTATION DU PARC INSTALLE A I NDUSAHA

Le parc éolien installé à Indusaha a été inauguré en avril 2011, destiné à alimenter le centre de

broyage de cette usine en énergie électrique, ce projet a nécessité un investissement de 100

millions de dirhams et 7 mois de travaux. Le projet a été confié à Gamesa Eolica qui a pris en

charge les études d’exécution, les travaux de génie civil, les fournitures, le montage, les essais

et la mise en service ainsi que le contrat de service après-vente pendant dix ans. Ciments du

Maroc a donné à ce parc le nom de Feu Driss Cherrak, ancien Directeur Général du groupe

Ciments du Maroc, en hommage à sa mémoire et pour sa grande implication dans le

développement durable.

II.4.1. Paramètre du parc

Le parc Feu Driss Cherrak est d’une superficie de 10 hectare, équipé de 6 éoliennes de type

G52-850kW de l’entreprise Gamesa, la puissance installé est de 5,1 MW, le parc produit

annuellement une capacité d’énergie de 16 GWh, cette capacité de production servira à

couvrir près de 60% des besoins en consommation du centre de broyage et l’excédent

9

d’énergie du parc, estimé à 6 GWh par an, sera cédé à l’ONEE, dans le cadre de l’accord de

partenariat conclu.

II.4.2. Dimensions de l’aérogénérateur G52-850 kW

Le diamètre des pales de l’aérogénérateur G52 est de 52 m alors que la surface balayée par les

pales égale à 2123,71 m², sa puissance nominale est de 850 kW et la densité de puissance est

de 2,5 m²/kW. G52 est incompatible avec les installations offshores. La masse totale égale 91

tonnes. Les paramètres des autres composantes sont regroupés dans le tableau suivant :

Tableau II-1 : Paramètres de différentes composantes de l’aérogénérateur G52-850kW.

Élément Description

Rotor

Vitesse minimale de rotation : 19,44 tours/minute

Vitesse maximale de rotation : 30,8 tours/minute

Vitesse minimale du vent : 4 m/s

Vitesse nominale du vent : 12,5 m/s

Vitesse maximale du vent : 25 m/s

Multiplicateur Coefficient de multiplicateur : K= 61,74

Génératrice MADA

Type : asynchrone à double alimentation

Vitesse maximale : 1900 tours/minute

Tension de sortie : 690 V

La courbe de puissance en fonction de la vitesse du vent est donnée dans la figure II-2.

Figure II.2: Courbe de puissance de l’aérogénérateur G52.

Lorsque la vitesse du vent dépasse la vitesse nominale le système de changement de pas

(l’angle de calage) fonctionne d’une manière qui permet de mettre la puissance de l’éolienne

10

constante à la valeur nominale. Si la vitesse du vent est très forte (à partir de 25m/s),

l’éolienne est mise en drapeau comme la courbe se montre.

II.4.3. Raccordement au réseau

Le schéma du raccordement au réseau du parc et de l’usine est présenté dans la figure II.3.

Figure II.3 : Raccordement au réseau de distribution du parc et de l’usine.

La désignation des différentes composantes constitutives présentées dans ce schéma est

comme suit :

• NG342, NQ1, NQ2, et NT2 sont des éléments de mise à la terre.

• G342 est un sectionneur.

11

• SD342, ST1 et ST2 sont des sectionneurs motorisés (commande à distance).

• T.T est un transformateur de mesure de tension permet de donner une image de

tension qui présente la valeur exacte de la tension mesuré.

• T.I est un transformateur de mesure d’intensité (s’appelle aussi transformateur de

courant T.C) permet de mesurer l’intensité de courant.

• D342, T1 et T2 sont des disjoncteurs.

• L’élément T est un transformateur 60/5,5kV « étoile-étoile » qui transforme une

tension de 60kV en 5,5kV ou le contraire, c’est-à-dire qu’il est élévateur et abaisseur

au même temps. Il est munit d’un régleur qui permet de maintenir la valeur de

secondaire (5,5kV) presque constante pour protéger les équipements de l’usine et du

parc contre les chutes de tension et sur tension.

Les aérogénérateurs sont lié entre eux suivants une configuration qui permet de contrôler

d’une manière simple la circulation d’électricité pour une bonne gestion au cas d’urgence ou

pour des raisons de maintenance.

II.5. CONCLUSION

Dans ce chapitre, un bref aperçu sur le fonctionnement des éoliennes est décrit,

particulièrement les aérogénérateurs classiques de 3 palles. En plus on a ajouté une

présentation des aérogénérateurs G52, fabriqué par la société espagnole Gamesa, qui sont

installé au sein du parc Feu Driss Cherrak destiné à alimenter en électricité l’usine Indusaha.

12

CHAPITRE III : BILAN ENERGETIQUE DE L’USINE ET DE SON

PARC

III.1. I NTRODUCTION

Dans ce chapitre nous allons analyser la variation de la production du parc au cours de l’année

en se basant sur les données tirées du logiciel Scada. On s’intéresse à comparer cette

production par rapport à la consommation de l’usine au cours de chaque mois de l’année

2015. En suite nous allons donner une brève présentation de différentes formes de la

maintenance suivie pour assurer un bon fonctionnement du parc.

III.2. ANALYSE DE LA PRODUCTION DU PARC ET LA CONSOMMATION DE L ’ USINE

III.2.1. Logiciel SCADA

Scada (Supervisory Control And Data Acquisition), est un système de contrôle et

d’acquisition des données permettant de traiter en temps réel un grand nombre de télémesures

et de contrôler à distance des installations techniques. C’est une technologie industrielle dans

le domaine de l’instrumentation dont les implémentations peuvent être considérées comme

des bâtis d’instrumentation.

III.2.2. Évolution de la production du parc en fonction de la vitesse du vent

Le tableau III-1 présente l’évolution de la production du parc en fonction de la vitesse du vent

durant l’année 2015 : on prend la moyenne mensuelle de chaque mois.

Tableau III-1 : Production du parc en 2015.

Mois Vitesse du vent (m/s) Production du parc (kWh)

Janvier 7,21 1 452 673,80

Février 7,96 1 568 512

Mars 7,05 1 457 138

Avril 6,75 1 279 004

Mai 7,43 1 544 378

Juin 7,43 1 487 832

Juillet 9,67 2 439 660

Août 8,27 1 853 346

13

Septembre 5,95 987 690

Octobre 4,35 486 456

Novembre 5,82 922 506

Décembre 5,99 1 083 258

Totale : 6,99 16 562 453,80

Le chronogramme correspond à ce tableau est représenté sur la figure III-1.

Figure III-1 : Courbe de la production du parc et la vitesse du vent en 2015.

A partir de ce chronogramme la production est presque stable entre janvier et juin (entre 1,45

et 1,56 GWh), dès ce dernier la production augmente et atteint sa valeur maximale en juillet

où la vitesse moyenne du vent est d’une valeur maximale (9,67 m/s) et l’énergie fournit est

2,439 GWh, aussi le mois août est d’une productivité importante atteint à 1,853 GWh. Après

cette dernière commence à descendre à partir du mois septembre et marque sa valeur la plus

faible en octobre (0,4864 GWh), puis elle augmente peu en peu durant novembre et décembre

dont la moyenne de la vitesse est environ de 6 m/s. Il est donc claire que l’évolution de

l’énergie produite par le parc est proportionnelle à la vitesse moyenne du vent.

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-

500,000

1,000,000

1,500,000

2,000,000

2,500,000

3,000,000

énergie Produite

par le Parc (kWh)

vitesse moyenne

du vent (m/s)

14

III.2.3. Analyse du bilan énergétique de l’usine

III.2.3.1. Comparaison de l’énergie reçue et celle débitée vers l’ONEE

Dans le tableau III-2 les valeurs des quantités d’énergies débitées et reçues de l’ONEE au cours de tous les mois de l’année.

Tableau III-2 : Énergie reçue et celle débitée vers l’ONEE.

Mois

Énergie en kWh

Reçue de l'ONEE Débitée vers l'ONEE

Janvier 565 320 382 810

Février 463 170 505 540

Mars 592 850 379 990

Avril 597 480 414 490

Mai 615 550 408 100

Juin 519 140 534 150

Juillet 110 110 1 473 150

Août 388 320 677 870

Septembre 559 920 353 710

Octobre 906 570 102 920

Novembre 820 690 165 770

Décembre 819 310 221 330

Totale : 6 958 430 5 619 830

Le chronogramme qui correspond au tableau III-2 est rapporté dans la figure III-2.

Figure III-2 : Variation de l’énergie reçue et débitée par l’usine (inclus le parc).

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400,000

600,000

800,000

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1,200,000

1,400,000

1,600,000

Jan

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Fé

vrie

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Ma

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Juin

Juil

let

Ao

ût

Se

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Oct

ob

re

No

vem

bre

Dé

cem

bre

Energie en kWh

Reçue de l'ONE

Energie en kWh

débitée vers

l'ONE

15

Lorsque la vitesse du vent atteint 4m/s, qui est la vitesse minimale pour que les éoliennes

fonctionnent, une excitation du rotor des aérogénérateurs est obligée. L’énergie d’excitation

est reçue de l’ONEE, puis le parc commence à fournir l’énergie qui alimente l’usine. Lorsque

cette énergie est insuffisante, le reste de l’énergie demandée s’obtienne de l’ONEE. Au cas où

la puissance fournie du parc est plus grande, le reste sera injecté sur le réseau de distribution.

Cette explication montre la variation de l’énergie reçue et débitée vers l’ONEE présentée sur

le graphe de la figure III-2. Il apparait bien que l’énergie reçue de l’ONEE est toujours plus

grande que celle débitée sauf dans les mois de juillet, août et février où la production est

importante. Cette variation dépend aussi de la consommation de l’usine au cours de chaque

mois.

III.2.3.2. Consommation de l’usine et sa couverture par le parc

Ce tableau III-3 présente l’énergie consommée par l’usine et le pourcentage de sa

consommation à partir du parc par rapport à la production. Il montre aussi la couverture des

besoins de l’usine par le parc.

Tableau III-3 : Énergie consommée par l’usine en 2015.

Mois Énergie consommée

par l'usine en kWh

Consommation usine du

parc / Production du parc

Couverture usine

par le parc

Janvier 1 069863,8 73,65% 65,43%

Février 1 062972 67,77% 69,65%

Mars 1 077148 73,92% 64,50%

Avril 864514 67,59% 59,13%

Mai 1 136278 73,58% 64,86%

Juin 953692 64,10% 64,75%

Juillet 966510 39,62% 89,77%

Août 1 175476 63,42% 75,17%

Septembre 633980 64,19% 53,10%

Octobre 383536 78,84% 29,73%

Novembre 756736 82,03% 47,97%

Décembre 861928 79,57% 51,27%

Total: 10 942633,8 66,07% 61,13%

L’énergie électrique consommée par l’usine dans chaque mois est proportionnelle à la

production de l’usine en ciment. On essaie toujours de maximiser cette production afin

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d’augmenter le gain le maximum possible. Mais au cas où l’énergie électrique produite par le

parc est très faible, on doit minimiser le débit de production en fonction de la situation de

stock et aussi par rapport aux besoins des clients afin de diminuer le maximum possible le

facteur de consommation électrique de part de l’ONEE. C’est ce qu’on observe clairement

dans le tableau III-3 où la consommation de l’usine est presque stable à l’environ d’un GWh

dans les huit premiers mois de l’année. Cette dernière diminue dans les quatre derniers mois

de l’année surtout dans le mois octobre où la consommation est très faible et correspond à la

valeur la plus faible de la production du parc. C’est pour cela l’usine diminue sa production et

en effet sa consommation électrique. En utilisant les données présentées dans les tableaux

précédents, on peut calculer, en pourcentage, la consommation de l’usine par rapport à la

production du parc et la couverture de l’usine par le parc. Elles sont données par les relations

suivantes :

parc lepar produite Energie

usinel'par consommé Energieparcdu production / parcdu usineon Consommati =

ONEl' de reçue Energie usinel'par consommée Energie

usinel'par consommée Energieparc lepar usine couverture

+=

Les résultats sont présentés dans le tableau III-3. On transforme ces valeurs en forme du

graphe (figure III-3).

Figure III-3 : Couverture de l’usine par le parc en 2015.

0.00%

10.00%

20.00%

30.00%

40.00%

50.00%

60.00%

70.00%

80.00%

90.00%

100.00%

Consommation usine du

parc /Production du parc

couverture usine par le parc

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La consommation de l’usine par rapport à la production du parc désigne le pourcentage

d’énergie produite par le parc qui a été consommée par l’usine. Annuellement, cette valeur

égale à 66,07%, autrement dit, 33,93% de l’énergie produite par le parc au cours de toute

l’année a été débitée vers l’ONEE. Elle varie entre 60% et 80% au cours de l’année, sauf au

mois juillet où la production est très grande alors que la majorité de celle-ci était débitée vers

l’ONEE (environ 60%). Le calcul de la couverture de l’usine tient en compte l’énergie reçue

de l’ONEE. Elle arrive au pic au cours de juillet (89,77%) et août (75,17%) ce qui est très

favorable pour l’entreprise car en plus qu’elle couvre la majorité de ses besoins électrique par

le parc, elle vend une grande quantité d’énergie à l’ONEE. La couverture des besoins de

l’usine par le parc a baissé au cours d’octobre où la production du parc est très faible et

l’énergie reçue de l’ONEE atteint sa valeur maximale au cours de ce mois ainsi novembre et

décembre. En totale, le parc couvre environ de 61,13% des besoins de l’usine en 2015.

III.2.4. Effet de la maintenance sur la disponibilité du parc

III.2.4.1. Définition

La maintenance est définie comme étant l'ensemble des actions permettant de maintenir ou de

rétablir un bien dans un état spécifié ou en mesure d'assurer un service déterminé. La

maintenance regroupe ainsi les actions de dépannage et de réparation, de réglage, de révision,

de contrôle et de vérification des équipements matériels. On distingue deux catégories

majeures de la maintenance, la maintenance préventive et la maintenance corrective.

La maintenance préventive est effectuée dans l’intention de réduire la probabilité de

défaillance d’un bien ou d’un équipement, elle se divise en deux types : systématique, qui

effectué à intervalle régulière, et conditionnelle basée sur une surveillance du fonctionnement

du bien et/ou des paramètres significatifs de ce fonctionnement intégrant les actions qui en

découlent. La maintenance corrective s’agit d’une maintenance effectuée après défaillance

c’est-à-dire la détection d’une panne, elle s’effectue soit par la réparation (curative), ou par

dépannage qu’elle doit toutefois être suivie d'une action curative dans les plus brefs délais.

III.2.4.2. Effet de maintenance sur la production du parc éolien

La disponibilité est un critère important pour évaluer l’efficacité d’un parc éolien, elle signifie

le pourcentage de la durée de fonctionnement du parc dans les conditions normales, c’est-à-

dire qu’on ne tenant pas en compte les arrêts causé par l’absence de vent satisfaisante pour

que les éoliennes fonctionnent. La société Gamesa a garanti une disponibilité de 99%, au

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cours de l’année, la disponibilité du parc a réalisé une valeur favorable qui est de 99,89%. La

maintenance au sein du parc implique l’arrêt du fonctionnement du parc, ou au moins l’arrêt

d’une éolienne ça dépend de la nature de maintenance, ça conduit à diminuer la disponibilité

du parc qui cause directement le baissement de production du parc. C’est pour cela on doit

toujours optimiser le maximum possible l’état des éoliennes pour ne pas tomber dans des

grande panne qui prend beaucoup de temps de maintenance.

III.3. DIFFERENTES PROCEDURE DE MAINTENANCE AU PARC D ’I NDUSAHA

Dans ce stade, on s’intéresse aux fréquentes procédures réalisées au parc qui se répètent

plusieurs fois. On va diviser ces procédures selon les deux grand types de maintenance, à

savoir préventive et corrective.

III.3.1. Maintenance préventive du parc

Le but de la maintenance préventive est de minimiser au maximum les arrêts de production

non programmés et par conséquent augmenter le taux de disponibilité des équipements.

L’entretien des installations et des équipements du parc éolien comprend aux vérifications

journalières, semestrielles et annuelles.

III.3.1.1. Vérification journalière

Concerne la vérification de la vitesse du vent à partir de Scada, les températures des éléments

de chaque machine (multiplicateur, génératrice, les roulements, les bobines du

transformateur), la tension primaire et secondaire du transformateur. On peut classifier ces

vérifications dans la maintenance préventive conditionnelle.

III.3.1.2. Vérification semestrielle

On présente ici quelques exemples des procédures de maintenance effectuées chaque 6 mois :

• Inspections d’un bruit anormal dans la machine ;

• Inspection de l’anémomètre et la girouette ;

• Inspection d’une fuite au multiplicateur ;

• Graissage de roulements du générateur (avant et arrière) ;

• Vérification de circuit de refroidissement de générateur ;

• Graissage des deux roulements de chevalier et graissage des pales ;

• Vérification des fuites au niveau groupe hydraulique et système des freins ;

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• Prendre les données d’un dispositif qui calcule les vibrations de la machine ;

• Vérification des balais du générateur, dans le cas qu’on trouve l’usure les change.

III.3.1.3. Vérification annuelle

Pour les procédures de maintenance annuelles effectuées, on cite :

• Changement des filtres de multiplicateur (d’huile et d’air) ;

• Changement des balais du générateur ;

• Changement des filtres du groupe hydraulique ;

• Inspection d’étalonnage de descendeur d’urgence.

III.3.2. Maintenance corrective

La maintenance corrective peut se regrouper en deux types : grande corrective et petite

corrective. La maintenance à grand terme (grande corrective) indique le changement des

grandes composantes d’aérogénérateur tels les palles, le multiplicateur, le générateur, une

partie de la tour, les arbres et le transformateur. Ce type de maintenance est rare sauf au cas

où il y a une catastrophe naturelle telle que tornade. La maintenance petite corrective est la

réparation ou dépannage de quelques équipements qui sont tombés en panne, à titre

d’exemple on mentionne l’alignement des éléments principaux (arbre lente, arbre rapide),

serrage des boulons et dépoussiérage de la girouette et l’anémomètre.

III.4. CONCLUSION

Le parc éolien Feu Driss Cherrak a réalisé son objectif qui est de couvrir 60% des besoins de

l’usine en énergie électrique. Pour optimiser le rendement de ce parc on doit améliorer le

procédé de maintenance pour augmenter la disponibilité du parc et par conséquent augmenter

l’énergie produite. Pour cela il est commandé d’optimiser la maintenance préventive pour

éviter ou minimiser les pannes qui conduisent à l’arrêt imprévu des machines qui peut prendre

un temps considérable.

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CONCLUSION

Ce stage nous a permis de prendre un vrai contact avec le monde du travail et de tester nos

possibilités d’adaptation professionnelle. Nous avons eu l’occasion de mettre en pratique les

connaissances apprises au cours de notre licence professionnelle que ce soit en électronique,

automatique, électrotechnique mais aussi dans le domaine des énergies renouvelables

généralement.

Afin d’assurer la réussite de nos sujet ainsi que notre formation, nous avons essayé de balayer

les secteurs poste électrique, raccordement du parc avec le réseau supervision du parc à

distance, fonctionnement des éoliennes et maîtrise des étapes préalables d’un tel projet. Puis

nous avons analysé le bilan énergétique de l’usine par rapport au parc pendant l’année

précédente pour assurer que ce dernier a réalisé ses objectifs.

De façon générale, l'avenir de la planète se joue en ce moment même. L'une des solutions aux

problèmes énergétiques est l’utilisation des énergies renouvelables comme étant une source

d’énergie non polluante et solution efficace pour les problèmes écologiques ce qui fait de la

société Indusaha un leader dans ce domaine.

Enfin, nous tenons à exprimer notre satisfaction d’avoir pu travailler dans de bonnes

conditions matérielles et un environnement agréable. Nous remercions également toutes les

personnes qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation du présent travail.

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BIBLIOGRAPHIE

Ouvrages

• Parc Rapin et Jean-Marc Noel, L’énergie éolienne, 2éme édition, Dunod, Paris, 2014.

Sites web

• http://www.thewindpower.net/turbine_media_fr_42_gamesa_g52-850.php

• http://www.cimentsdumaroc.com/fr/nos+usines+et+centres/la%C3%A2youne.htm

• https://fr.wikipedia.org

• http://eolienne.f4jr.org/