Titre de série : | Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement | Titre : | Expérimentation et optimisation d’un prototype de centrale hybride solaire PV/Diesel sans batteries de stockage : validation du concept « Flexy Energy » | Type de document : | texte imprimé | Auteurs : | Daniel YAMEGUEU NGUEWO | Année de publication : | 184p. | Langues : | Français (fre) | Résumé : | L’accès à l’énergie électrique reste une préoccupation majeure pour les pays de l’Afrique subsaharienne. En effet, près de 70% de la population de cette région n’ont toujours pas accès à l’électricité. La situation est plus préoccupante en zones rurales où on note pour la plupart des villages un taux d’électrification inférieur à 5 %. Par ailleurs, l’électrification rurale des pays au sud du Sahara est essentiellement basée sur des technologies telles que les générateurs Diesels, les systèmes photovoltaïques (PV) avec stockage dans des batteries d’accumulateurs ou même les systèmes hybrides PV/diesel avec stockage dans des batteries. Ces différentes technologies ne permettent pas à ce jour à l’électrification rurale d’être rentable.
Cette thèse s’inscrit dans le cadre de la validation du concept « Flexy Energy » développé par le Laboratoire Energie Solaire et Economie d’Energie (LESEE) de la fondation 2iE. Ce concept consiste en la production décentralisée d’électricité via les centrales hybrides PV/diesel (gasoil et biocarburant) sans stockage d’énergie dans les batteries d’accumulateurs et avec une gestion intelligente de la production et des charges à alimenter. Les générateurs Diesel sont ainsi alimentés au gasoil ou au biocarburant dépendamment de la disponibilité de chaque type de carburant.
En particulier, la thèse étudie la faisabilité technique et économique de la production d’électricité à partir de ce genre de système. Une installation pilote, basée sur ce concept, constituée d’un groupe électrogène de 11,5 kVA couplé à un champ solaire PV de 2,85 kWc via un onduleur monophasé de 3,3 kW, a été mise en place dans le cadre de cette thèse.
L’étude expérimentale du prototype « Flexy Energy » (en fonctionnement au gasoil et par la suite à un biocarburant) a montré en premier lieu qu’une meilleure efficacité de ce type de système est atteinte en période d’ensoleillement important et en présence de charges élevées.
Cette situation permet en effet à chaque générateur (PV et Diesel) de fonctionner à son optimum. Cette partie de l’étude a fait ressortir la nécessité d’une gestion intelligente de la production et des charges au sein du système afin de toujours lui garantir une meilleure efficacité quelles que soient les conditions de charge. Ensuite, l’étude expérimentale a porté sur l’impact du générateur PV sur les paramètres électriques du réseau local (harmoniques en tension et en courant, déséquilibre de tension, surtension, etc.). Cette étude a montré que le générateur PV crée des surtensions localisées au niveau de sa ligne d’injection sur le réseau.
Toutefois, on a noté que même pour des pénétrations PV élevées l’onduleur ici utilisé n’engendre pas de pollutions harmoniques dans le réseau en dehors des valeurs permises.
Cette thèse s’est également intéressée à la modélisation des systèmes hybrides PV/Diesel sans stockage. Le travail réalisé ici se positionne comme un premier pas vers des applications numériques (solutions logicielles ou progicielles) en mesure de dimensionner et d’optimiser les systèmes hybrides PV/Diesel sans stockage avec une gestion intelligente de la production et des charges.
Abstract : Access to electricity remains a key issue for sub-Saharan African countries. Indeed, nearly 70% of the population of this part of the world doesn’t have access to the existing electricity grids. The situation is more catastrophic in rural areas where less than 5% of their population has access to electricity in most of the cases. Besides, the supply of electricity in these rural areas, far from any existing grids, is achieved using : diesel generators, solar PV systems with batteries or PV/Diesel systems with batteries. However, these options don’t yet make costeffective the rural electrification.
An original ‘‘Flexy Energy’’ concept of hybrid solar PV/Diesel power plant, without battery storage has been developed by the Solar Energy and Energy Saving laboratory (SEESL) of 2iE foundation. This concept consists of decentralized electricity generation trough hybrid solar PV/Diesel generators systems without energy storage in batteries and with a smart management of the energy production and loads in the system. The Diesel generators are eventually fueled either with gasoil or biofuel depending of the availabilty of each fuel.
The aim of this work is to study the technical and economical feasibility of the “Flexy Energy” concept. In this sense, an experimental prototype based on this concept has been set up. This facility consists of a PV array of 2.85 kWp coupled with a diesel generator rated at 9.2 kW via a single phase inverter of 3.3 kW.
First, the experimental study of the “Flexy Energy” prototype (fueled with diesel oil and afterwards with biofuel) shows that the system is efficient for periods of higher solar radiations and for higher loads. Indeed, this situation allows each generator (PV and Diesel) to operate in optimal way. This part of the study has pointed out the importance of a smart management of the energy production and loads in such a facility, in order to enhance its efficiency whatever are load conditions.
A second aspect of the experimental study has concerned the impact of the PV generator on the grid electrical parameters (voltage and current harmonic distortions, voltage unbalance, voltage rise,). Results of this study reveal that the PV generation causes the distribution feeder to shift toward higher voltages. However, it has been found that “well designed” inverters enable very small harmonic voltage and current distortions, which are in the range allowed by the standards, even for high levels of the PV penetration.
Finally, this work concerns the modeling of hybrid PV/Diesel systems without storage. The model developed is a first stage for numerical applications (software or software package), useful in the sizing and the optimization of such systems with a smart management of energy production and loads. |
Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Expérimentation et optimisation d’un prototype de centrale hybride solaire PV/Diesel sans batteries de stockage : validation du concept « Flexy Energy » [texte imprimé] / Daniel YAMEGUEU NGUEWO . - 184p. Langues : Français ( fre) Résumé : | L’accès à l’énergie électrique reste une préoccupation majeure pour les pays de l’Afrique subsaharienne. En effet, près de 70% de la population de cette région n’ont toujours pas accès à l’électricité. La situation est plus préoccupante en zones rurales où on note pour la plupart des villages un taux d’électrification inférieur à 5 %. Par ailleurs, l’électrification rurale des pays au sud du Sahara est essentiellement basée sur des technologies telles que les générateurs Diesels, les systèmes photovoltaïques (PV) avec stockage dans des batteries d’accumulateurs ou même les systèmes hybrides PV/diesel avec stockage dans des batteries. Ces différentes technologies ne permettent pas à ce jour à l’électrification rurale d’être rentable.
Cette thèse s’inscrit dans le cadre de la validation du concept « Flexy Energy » développé par le Laboratoire Energie Solaire et Economie d’Energie (LESEE) de la fondation 2iE. Ce concept consiste en la production décentralisée d’électricité via les centrales hybrides PV/diesel (gasoil et biocarburant) sans stockage d’énergie dans les batteries d’accumulateurs et avec une gestion intelligente de la production et des charges à alimenter. Les générateurs Diesel sont ainsi alimentés au gasoil ou au biocarburant dépendamment de la disponibilité de chaque type de carburant.
En particulier, la thèse étudie la faisabilité technique et économique de la production d’électricité à partir de ce genre de système. Une installation pilote, basée sur ce concept, constituée d’un groupe électrogène de 11,5 kVA couplé à un champ solaire PV de 2,85 kWc via un onduleur monophasé de 3,3 kW, a été mise en place dans le cadre de cette thèse.
L’étude expérimentale du prototype « Flexy Energy » (en fonctionnement au gasoil et par la suite à un biocarburant) a montré en premier lieu qu’une meilleure efficacité de ce type de système est atteinte en période d’ensoleillement important et en présence de charges élevées.
Cette situation permet en effet à chaque générateur (PV et Diesel) de fonctionner à son optimum. Cette partie de l’étude a fait ressortir la nécessité d’une gestion intelligente de la production et des charges au sein du système afin de toujours lui garantir une meilleure efficacité quelles que soient les conditions de charge. Ensuite, l’étude expérimentale a porté sur l’impact du générateur PV sur les paramètres électriques du réseau local (harmoniques en tension et en courant, déséquilibre de tension, surtension, etc.). Cette étude a montré que le générateur PV crée des surtensions localisées au niveau de sa ligne d’injection sur le réseau.
Toutefois, on a noté que même pour des pénétrations PV élevées l’onduleur ici utilisé n’engendre pas de pollutions harmoniques dans le réseau en dehors des valeurs permises.
Cette thèse s’est également intéressée à la modélisation des systèmes hybrides PV/Diesel sans stockage. Le travail réalisé ici se positionne comme un premier pas vers des applications numériques (solutions logicielles ou progicielles) en mesure de dimensionner et d’optimiser les systèmes hybrides PV/Diesel sans stockage avec une gestion intelligente de la production et des charges.
Abstract : Access to electricity remains a key issue for sub-Saharan African countries. Indeed, nearly 70% of the population of this part of the world doesn’t have access to the existing electricity grids. The situation is more catastrophic in rural areas where less than 5% of their population has access to electricity in most of the cases. Besides, the supply of electricity in these rural areas, far from any existing grids, is achieved using : diesel generators, solar PV systems with batteries or PV/Diesel systems with batteries. However, these options don’t yet make costeffective the rural electrification.
An original ‘‘Flexy Energy’’ concept of hybrid solar PV/Diesel power plant, without battery storage has been developed by the Solar Energy and Energy Saving laboratory (SEESL) of 2iE foundation. This concept consists of decentralized electricity generation trough hybrid solar PV/Diesel generators systems without energy storage in batteries and with a smart management of the energy production and loads in the system. The Diesel generators are eventually fueled either with gasoil or biofuel depending of the availabilty of each fuel.
The aim of this work is to study the technical and economical feasibility of the “Flexy Energy” concept. In this sense, an experimental prototype based on this concept has been set up. This facility consists of a PV array of 2.85 kWp coupled with a diesel generator rated at 9.2 kW via a single phase inverter of 3.3 kW.
First, the experimental study of the “Flexy Energy” prototype (fueled with diesel oil and afterwards with biofuel) shows that the system is efficient for periods of higher solar radiations and for higher loads. Indeed, this situation allows each generator (PV and Diesel) to operate in optimal way. This part of the study has pointed out the importance of a smart management of the energy production and loads in such a facility, in order to enhance its efficiency whatever are load conditions.
A second aspect of the experimental study has concerned the impact of the PV generator on the grid electrical parameters (voltage and current harmonic distortions, voltage unbalance, voltage rise,). Results of this study reveal that the PV generation causes the distribution feeder to shift toward higher voltages. However, it has been found that “well designed” inverters enable very small harmonic voltage and current distortions, which are in the range allowed by the standards, even for high levels of the PV penetration.
Finally, this work concerns the modeling of hybrid PV/Diesel systems without storage. The model developed is a first stage for numerical applications (software or software package), useful in the sizing and the optimization of such systems with a smart management of energy production and loads. |
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