analyse technico-économique d'un système hybride éolien

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  • UNIVERSIT DE MONTRAL

    ANALYSE TECHNICO-CONOMIQUE DUN SYSTME HYBRIDE OLIEN-

    PHOTOVOLTAQUE EN COMPARAISON AVEC LES SYSTMES

    PHOTOVOLTAQUE ET OLIEN SEULS

    JOSANNE BLANGER-GRAVEL

    DPARTEMENT DE GNIE CHIMIQUE

    COLE POLYTECHNIQUE DE MONTRAL

    MMOIRE PRSENT EN VUE DE LOBTENTION

    DU DIPLME DE MATRISE S SCIENCES APPLIQUES

    (GNIE MTALLURGIQUE)

    DCEMBRE 2011

    Josanne Blanger-Gravel, 2011.

  • UNIVERSIT DE MONTRAL

    COLE POLYTECHNIQUE DE MONTRAL

    Ce mmoire intitul:

    ANALYSE TECHNICO-CONOMIQUE DUN SYSTME HYBRIDE OLIEN-

    PHOTOVOLTAQUE EN COMPARAISON AVEC LES SYSTMES PHOTOVOLTAQUE

    ET OLIEN SEULS

    prsent par : BLANGER-GRAVEL Josanne

    en vue de lobtention du diplme de : Matrise s sciences appliques

    a t dment accept par le jury dexamen constitu de :

    Mme DESCHNES Louise, Ph.D., prsidente

    M. SAVADOGO Oumarou, D. dtat, membre et directeur de recherche

    M. MASCLE Christian, Doctorat s Sciences, membre et codirecteur de recherche

    M. DESCHNES Daniel, M.Sc.A., membre

  • iii

    DDICACE

    mes jeunes frres et surs,

    Joe, Alexandra, Marc-Antoine et Jrmy,

    qui sont mon inspiration, ma force.

    Et Raphal,

    mon soutien et ma motivation,

    sans qui ce mmoire naurait jamais abouti.

  • iv

    REMERCIEMENTS

    Tout dabord, un grand merci Professeur Savadogo, mon directeur de recherche, pour son

    humour, sa grande gnrosit et pour sa comprhension et son appui dans mes dmarches tout au

    long de la matrise.

    Merci Professeur Mascle, co-directeur de recherche, pour ses relectures et les discussions

    intressantes.

    Je remercie aussi les autres membres du jury davoir accept linvitation.

    Merci Raphal, pour ton soutien indispensable. Merci davoir mis mon service tes comptences

    en programmation, ce qui ma fait pargner beaucoup de temps.

    Merci mes frres et surs, surtout les plus vieux qui malgr leur jeune ge ont compris

    limportance de ma dmarche et mont encourage, dfendue et soutenue tout au long de mes

    tudes. Merci Joe ! Merci Alexe ! Merci Marco !

    Je remercie les gens du bureau pour leurs encouragements, merci Shant, Franois-Xavier,

    Nima, Michel, Jonathan et Marie. Merci mes collgues, anciens collgues et amis : Ricardo,

    Kelvin, Shirley, Rodrigo, Rmi et Antoine pour avoir pris le temps de prendre des nouvelles

    rgulirement et pour vos encouragements, votre support. Parmi vous, merci tous ceux qui se

    sont proposs pour maider terminer ce mmoire.

    Merci tous ceux que jaurais oubli et qui ont particip la russite de ce mmoire.

  • v

    RSUM

    Vu la grande superficie du territoire qubcois, de nombreuses habitations sont isoles ou une

    distance importante du rseau lectrique, donc les cots de raccordement au rseau sont gonfls

    et souvent, le raccordement est tout simplement impossible. Les systmes autonomes sont donc

    intressants pour alimenter en lectricit les habitants de ces rgions. Lutilisation de gnratrices

    carburant aux nergies fossiles est la solution actuelle. Les systmes seuls, olien ou

    photovoltaque, ncessitent beaucoup daccumulateurs pour pallier lintermittence des

    gisements. Les systmes hybrides autonomes avec des panneaux solaires photovoltaques et des

    oliennes sont donc une solution potentielle limitant lintermittence des ressources. Lanalyse de

    diverses combinaisons de systmes est ralise en situation hors rseau et connecte au rseau.

    Lhypothse principale de ce travail est que si un systme photovoltaque est joint un systme

    olien hors rseau au Qubec, cela permet de diminuer les moments sans apport dnergie, donc

    on diminue les possibilits dintermittence du systme. Ainsi, la quantit daccumulateurs

    ncessaires peut tre diminue. Cette diminution du nombre daccumulateurs et de la taille des

    systmes installs se traduit en conomies pour lensemble du systme. Lobjectif tait de

    comparer des systmes hybrides oliens-photovoltaques avec des systmes photovoltaque ou

    olien seuls pour un site hors rseau au Qubec et par rapport d'autres sites ailleurs dans le

    monde. Par une comparaison, la situation actuelle (disel et connecte au rseau) a aussi t

    tudie. Dans un premier temps, les systmes seuls sont tudis. Lanalyse des diffrentes

    combinaisons de systmes hybrides hors rseau et connecte au rseau est effectue. Loriginalit

    du projet provient dans laddition dun systme photovoltaque un systme olien dans un

    contexte qubcois et hors rseau.

    Globalement, les systmes seuls, oliens ou photovoltaques, sont une option moins viable que

    loption des systmes combins utilisant ces deux nergies. En gnral, pour le cas des systmes

    autonomes, il est conomiquement rentable dajouter des oliennes aux systmes avec gnratrice

    disel. Si les cots des quipements ou du disel voluent, lajout de panneaux solaires ces

    systmes sera justifi. Quand les cots dlectricit auront lgrement augments et que les cots

    de rachat de llectricit par le rseau seront intressants, lajout de panneaux solaires,

    doliennes et de gnratrices disel au systme sera rentable pour le particulier dans le cas de

    systmes connects au rseau.

  • vi

    ABSTRACT

    Given Quebecs vastness, numerous homes are located in remote areas or considerably far away

    from the electric grid. Tying these homes to the grid is often very expensive or even impossible.

    Stand-alone systems are thus prime candidates to provide the energy requirements for the

    inhabitants of isolated locations. Currently, fossil fuel generators are the most widespread

    solutions. Wind- or photovoltaic-only systems require large amounts of batteries to compensate

    for the intermittence of resource availability. Stand-alone hybrid systems that combine both wind

    turbines and photovoltaic solar panels address this issue. Various combinations of both stand-

    alone and grid-connected systems are analysed.

    The premise of this work is that the addition of photovoltaic panels to a stand-alone wind-turbine

    system (in Quebec) will increase the systems robustness to resource intermittence thereby

    reducing the number of required accumulators. This reduction coupled with the resulting

    reduction in overall system size would lead to monetary savings. The objective was to compare

    hybrid wind and photovoltaic systems with wind- and photovoltaic-only systems for a number of

    off-grid sites in Quebec and abroad. The results are compared with the current -- diesel and grid-

    connected situation. This works contribution lies in the study of the coupling of photovoltaic

    systems with wind turbine systems in off-grid Quebec areas.

    Overall, wind- or photovoltaic-only systems are less viable that hybrid systems that use both

    technologies. For stand-alone systems, it is usually cost effective to add wind-turbines to diesel

    generator systems. If equipment or fuel costs were to increase, it would then become cost-

    effective to also add solar panels. When the grid power price will have increased and sellback

    prices become worthwhile, adding solar panels, wind turbines and diesel generators to even grid-

    tied systems will become cost-effective.

  • vii

    TABLE DES MATIRES

    DDICACE................................................................................................................................... III

    REMERCIEMENTS ..................................................................................................................... IV

    RSUM........................................................................................................................................ V

    ABSTRACT ..................................................................................................................................VI

    TABLE DES MATIRES ...........................................................................................................VII

    LISTE DES TABLEAUX.............................................................................................................XI

    LISTE DES FIGURES...............................................................................................................XIV

    LISTE DES SIGLES ET ABRVIATIONS ............................................................................XVII

    LISTE DES ANNEXES.......................................................................................................... XVIII

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

    CHAPITRE 1 REVUE DE LITTRATURE ............................................................................. 4

    1.1 Les systmes hybrides ......................................................................................................4

    1.2 Situation qubcoise du photovoltaque et des habitations isoles ..................................6

    1.2.1 Habitations en milieu isol...........................................................................................6

    1.2.2 nergie fournie par les diffrentes technologies de panneaux solaires ........................6

    1.3 Dimensionnement.............................................................................................................6

    1.3.1 Systme photovoltaque ...............................................................................................7

    1.3.2 Systme olien..............................................................................................................7

    1.3.3 Systme avec gnratrice au disel ................