Suject Modélisation des injections de puissance photovoltaïque sur un réseau public africain.
Organisme : 2iE/LESEE
Département : Energie et Procédés Industriels

Résumé :

Le besoin énergétique mondial en constant accroissement et le caractère polluant des énergies fossiles ont augmenté l’intérêt du développement des énergies renouvelables. Parmi elles, l’énergie solaire dont les avantages et inconvénients sont aujourd’hui connus mais qui s’avère toujours très prometteuse malgré un coût élevé. Des projets de production d’électricité photovoltaïque depuis l’échelle des particuliers (quelques watts à quelques kilo Watts) jusqu’aux centrales de plusieurs dizaines de mégawatts sont finalisés ou en cours de par le monde. Cette réalité appelle des études spécifiques pour assurer la qualité des réseaux électriques tout en garantissant technologiquement la fiabilité et la rentabilité des nouvelles installations dans un contexte en évolution permanente.

Le travail présenté dans ce mémoire est une contribution à une bonne modélisation d’un tel système et plus particulièrement des différents composants d’une centrale photovoltaïque connecté à un réseau public de distribution électrique. Les principaux éléments constitutifs d’une centrale PV connectée sont modélisés et simulés sous Matlab/Simulink. Le générateur photovoltaïque, le convertisseur DC/DC (hacheur survolteur) et le Convertisseur DC/AC (onduleur de tension) sont ainsi représentés par des modèles élaborés en vue d’une simulation de comportement de l’ensemble du réseau.

Introduction :

La production d'énergie est un défi majeur pour les années futures étant donné que les besoins énergétiques mondiaux ne cessent d’augmenter. Par ailleurs, les pays en voie de développement auront besoin de plus en plus d’énergie pour soutenir leur économie. De nos jours, une grande partie de la production et de la consommation mondiale d’énergie engendre des effets polluants ou des dérèglements climatiques. La consommation des ressources naturelles (fossile ou fissile) réduit inéluctablement les réserves et compromet leur disponibilité pour les générations futures.

Aujourd’hui, le défi mondial est tourné vers les énergies renouvelables, notamment le solaire, l’éolien, l’hydraulique, la géothermie, la biomasse… A la différence des énergies fossiles, les énergies renouvelables sont des énergies liées aux cycles du soleil et de la terre. L’exploitation de l’énergie solaire photovoltaïque fait l’objet de notre étude. Nous traiterons de la problématique et des solutions technologiques pour le raccordement d’un générateur photovoltaïque à un réseau public de distribution.

La production d’électricité par voie solaire photovoltaïque (PV) a explosé ces dernières années dans le monde. Les nouvelles installations solaires photovoltaïques ont représenté dans le monde, une puissance de 14 000 MW, portant la totalité des installations mondiales à plus de 35 000 MW[1, 2]. Les installations connectées aux réseaux représentent la grosse majorité des nouvelles installations. Ce mode d’exploitation séduit de plus en plus les pays en voie de développement qui disposent d’un gisement exploitable.

En Afrique subsaharienne particulièrement, beaucoup de projets solaire PV de grande capacité avec injection sur les réseaux publics ont été réalisés (exemple de la centrale de 5MW de Praia au Cap-Vert) ou sont en cours d’élaboration et/ou de réalisation (exemple de la centrale de 20MW de Zagtouli au Burkina Faso…). L’enjeu de ces injections sur les réseaux publics réside non seulement dans la gestion optimisée de ceux-ci mais surtout de leur impact en termes de perturbation de ces réseaux.

Comment gérer donc une ressource intermittente injectée dans des réseaux eux- mêmes instables (caractéristiques des réseaux africains) ?

Le but de ce mémoire est de développer des modèles permettant d’avoir une approche globale du comportement de ces systèmes fort complexes.

A cet effet nous nous s’intéressons aux modèles des composants, de la chaine énergétique, c’est à dire le champ photovoltaïque, le dispositif de conversion et d’adaptation (hacheurs, onduleur, transformateurs) et le réseau public de distribution.

Le but poursuivi dans le cadre de ce mémoire est de chercher des modèles mathématiques les plus représentatifs afin d’obtenir une injection optimale des puissances du système PV / réseau (Grid connected).

Ce présent travail est par conséquent réalisé en trois chapitres :

  • Le premier chapitre décrit les réseaux électriques de distribution publique et ses problématiques, le principe de fonctionnement de chaque élément constituant le système, la qualité et normes régissant la connexion des systèmes photovoltaïques au réseau.
  • Le second chapitre présente la modélisation et simulation des GPV, des convertisseurs statiques et la stratégie de leur commande permettant le raccordement au réseau.
  • Le troisième chapitre consiste à proposer un modèle de réseau électrique afin de simuler l’injection des puissances PV sur ce réseau et décrire son comportement.
  • Finalement, nous terminerons ce mémoire par une conclusion générale qui résume notre étude dans sa partie théorique et résultats de simulation.