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Revue des Energies Renouvelables Vol. 10 N°2 (2007) 205 – 214 205 Modélisation

Revue des Energies Renouvelables Vol. 10 N°2 (2007) 205 – 214 205 Modélisation d’un système de stockage intégré dans un système hybride (PV / Eolien / Diesel) A. Ould Mohamed Yahya 1, A. Ould Mahmoud 1 et I. Youm 2 1 Centre de Recherche Appliquée aux Energies Renouvelables ‘CRAER’, Université de Nouakchott, Maurétanie 2 Laboratoire des Semi-conducteurs et Energie Solaire ‘LASES’, Faculté des Sciences et Techniques, Université de Dakar, Sénégal Résumé - Ce travail a pour but l’étude de simulation du fonctionnement physique d’un accumulateur électrochimique intégré dans un système hybride sur le site du CRAER, en utilisant le logiciel Matlab à partir de modèles mathématiques. Nous avons déterminé l’influence de différents paramètres sur le fonctionnement du système de stockage, en particulier la température, pour un transfert optimal de l’énergie produite vers les charges. Le modèle utilisé permet de reconstituer correctement l’état de charge et de décharge du système de stockage. Par ailleurs, l’intérêt de cette modélisation est de mettre en évidence l’aspect de la gestion optimale des diverses conversions énergétiques, du point de vue processus physico – chimique. Abstract – The purpose of this work is the simulation study of the physical operation of an electrochemical accumulator integrated in a hybrid system on the site of the CRAER, by using the Matlab software starting from mathematical models. We determined the influence of various parameters on the operation of the storage system, in particular the temperature, for an optimal transfer of the energy produced towards the loads. The model used makes it possible to correctly reconstitute the state of load and discharge of the system of storage. Furthermore, the interest of this modelling is to highlight the aspect of the optimal management of various energy conversions, from the physical and chemical process point of view. Mots clés: Modélisation - Système de stockage - Système hybride - Simulation sur Matlab. 1. INTRODUCTION La production d’électricité au moyen d’un système hybride combinant plusieurs sources d’énergies renouvelables est d’un grand intérêt pour les pays en développement, comme la Mauritanie et le Sénégal. Ces pays possèdent de nombreuses régions, isolées et éloignées des réseaux classiques de distribution d’électricité. L’extension des réseaux électriques à ces zones serait d’un coût financier exorbitant. Pour résoudre ce problème, l’exploitation du potentiel en énergies renouvelables dont dispose ces pays doit être une priorité. Une expérimentation d’un système hybride de moyenne puissance a été mise au point au niveau du site de la Faculté des Sciences et Techniques de Nouakchott. Pour assurer, une meilleure autonomie du système, un stockage électrochimique a été envisagé. Tout en tenant compte de l’équilibre entre l’énergie électrique générée par le système hybride et la demande énergétique n’est pas toujours en adéquation, ce manque d’énergie sera compensé par l’introduction d’un stockage électrochimique tampon dans le système. D’où, l’objectif de ce travail est d’établir un modèle fiable capable de fonctionner dans des conditions climatiques du sahel. 2. PRESENTATION DU SYSTEME HYBRIDE La chaîne de production électrique du système hybride se compose des éléments suivants : • seize (16) panneaux photovoltaïques (1,2 kW) connectés au bus continu; A. Ould Mohamed Yahia et al. 206 • deux (02) éoliennes de puissance chacune, 1,5 kW et 3 kW, de marque Bornay, reliées au bus continu par l’intermédiaire d’un redresseur à diodes; • un groupe électrogène de secours de puissance nominale, 5 kW. Le dispositif de stockage de l’énergie implanté dans ce système hybride est relié directement au bus continu. On dispose donc de 24 éléments d’accumulateurs, de 2 V chacun connectés en série. Le bus continu est relié au réseau alternatif via un onduleur réversible de puissance 4,5 kW, de marque Trace Engineering, SW. Le système de production est totalement automatisé. Divers capteurs de mesure ont été installés et nous permettent d’obtenir les données de l’ensemble du système hybride : la vitesse et la direction du vent, de l’ensoleillement sur le plan horizontal, la température ambiante, la température des modules, la production électrique des aérogénérateurs, la production électrique du champ de modules photovoltaïques, du groupe électrogène et de la tension de fonctionnement du bus continu. Le dispositif expérimental (Fig. 1) est couplé à une unité de dessalement d’eaux saumâtres (osmose inverse) et aussi à d’autres équipements. Fig. 1: Dispositif expérimental du CRAER 3. ASPECTS THEORIQUES DE LA MODELISATION Le choix d’un modèle mathématique qui simule le comportement de la batterie est déterminé par le type des problèmes à étudier. Ce modèle peut être considéré simplement pour effectuer une analyse des divers flux d’énergie se faisant à l’intérieur et à l’extérieur du système de batterie. Il permet aussi de résoudre le choix de la taille du système à installer. L’étude de la modélisation du système de stockage électrique est considérée par plusieurs auteurs très complexe [1, 5, 6]. En effet, la littérature offre de nombreuses solutions, généralement des équations empiriques, et il est difficile souvent de les appliquer. La plupart des modèles proposés utilisent des grandeurs et des paramètres, dont les valeurs doivent être ajustées, particulièrement à chaque type de batterie. Ceci exige nécessairement des expériences coûteuses avant de concevoir un système, gênant ainsi l’utilisation répandue de ces modèles. Les conditions de fonctionnement produites par les systèmes photovoltaïques sont liées à l’état du système de stockage. A notre avis, un bon Modélisation d’un système de stockage intégré dans un système hybride… 207 équilibre entre la précision et la simplicité est réalisé par l’utilisation d’un modèle généralement basé sur l’observation du phénomène physico - chimique de la charge et de la décharge du système de stockage. Le modèle mathématique donné par l’équation (1), décrivant au mieux les phénomènes physiques de la charge et de la décharge est donné ci-après : I . R . n E . n V ± = (1) Dans notre cas, le stockage, au point de vue physique, est étudié pour tout le système à partir d’une batterie de stockage. Le circuit équivalent du système de stockage peut être représenté comme dans la figure 2 : Fig. 2: Schéma électrique équivalent du système de batterie 3.1 Modèle de la capacité Pour ressortir les phénomènes physiques qui régissent le fonctionnement du système de stockage, par le biais de la capacité, selon les modèles proposés dans la littérature [1, 5, 6], il faudrait tenir compte de la température. C’est pourquoi, nous proposons le modèle de la capacité, donnant la quantité d’énergie qui peut être restituée en fonction du courant moyen de décharge I , donnée par l’équation (2). Le modèle de la capacité est établie à partir de l’expression du courant , correspondant au régime de fonctionnement , dans lequel 10 I 10 C T ∆ est l’échauffement de l’accumulateur (supposé identique pour tous les éléments) par rapport à une température ambiante qui est égale à 25 °C. ( ) T . 005 . 0 1 I I 67 . 0 1 67 . 1 C C 9 . 0 10 10 ∆ + ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + = (2) La capacité sert de référence pour déterminer l’état de charge de la batterie ‘ ’. Ce dernier sera formulé en fonction de la quantité de charge manquante à la batterie ‘ ’. C EDC Q C Q 1 EDC − = L’évolution temporelle de ‘ Q ’ dépend du mode de fonctionnement de la batterie. 3.2 Equation de la tension en décharge L’expression de la tension de la batterie est établie à partir des équations (1) et (2) et à une étude bibliographique approfondie [1, 2, 5, 6], qui nous permet de donner une structure liée des éléments internes de la batterie en fonction de la force électromotrice, de la résistance interne et de l’influence des paramètres. ( ) { } ( ) ( ) T . 007 . 0 1 . 02 . 0 EDC 27 . 0 I 1 4 C I n EDC 1 12 . 0 085 . 2 n V 5 . 1 3 . 1 10 b b d ∆ − ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + + + − − − = (3) A. Ould Mohamed Yahia et al. 208 3.3 Equation de la tension en charge En effet, l’équation de la charge présente la même structure que l’équation (3) qui fait apparaître l’influence de la force électromotrice et celle de la résistance interne, équation (4). { } ( ) ( ) T . 025 . 0 1 036 , 0 EDC 1 48 . 0 I 1 6 C I . n EDC . 16 . 0 2 . n V 2 . 1 86 . 0 10 b b c ∆ − ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + − + + + + = (4) La modélisation de la charge est plus ardue que nous le pensons, car il faut tenir compte d’un ensemble de deux états possibles, sous forme de surcharge et de décharge profonde. L’expression de la surcharge tient compte de deux phénomènes physiques qui sont : • le gassing dont la tension est ; g V • la saturation uploads/Litterature/ v010-n2-texte-5.pdf