16 èmes Journées Internatonales de Thermque (JITH 2013) Marrakech (Maroc), du 13 au 15 Novembre, 2013 Répartton Optmale de Dfférentes Ressources d nerges Renouvelables Souad BLHOUR (1), Abdelouahab ZAATRI (2) (1) Département de Physque, Faculté des Scences (2) Département de Mécanque, Faculté des Scences de l Ingéneur Laboratore des Applcatons de Technologe Avancées (LATA), Constantne, Unversté Mentour, 2500 Constantne, Algére mal souad_belhour1@yahoo.fr azaatr@yahoo.com Résumé : Les systèmes hybrdes d énerges renouvelables sont basés sur l ntégraton et la combnason des dfférentes sources d énerges renouvelables. Ils consttuent une bonne soluton pour l nstallaton de systèmes autonomes et présentent l avantage de rédure les moyens de stockage et de respecter l envronnement. Pour la concepton et l explotaton des systèmes à énerges hybrdes, l y a généralement deux types de problèmes à consdérer. Le premer problème consste, étant données des capactés en ressources déjà nstallées, a détermner le mode de geston pour trer le melleur proft de l nstallaton. Le deuxème problème consste, étant donnée une estmaton des ressources potentelles du ste, à détermner la répartton optmale à nstaller pour chacune de ces ressources. Dans cette étude, on s ntéressera au deuxème problème. Les systèmes d énerges renouvelables consdérés sont de très fable pussance et concernent l énerge solare otovoltaïque et oto-ermque, l énerge lenne et l énerge produte par la bomasse. Le traval vse à détermner la melleure combnason de ces ressources pour satsfare une demande énergétque pour une régon spécfque. Le problème peut se ramener à un problème de répartton optmale de ressources lmtées avec une demande à satsfare. La mde de programmaton lnéare a été adoptée pour la résoluton de ce problème. Des exemples typques sont examnés permettant d applquer cette technque pour optmser la répartton combnée des ressources consdérées Mots clés : nerges hybrdes, nerge renouvelables, répartton optmale de ressources, nerge solare, nerge lenne, Bomasse. 1. Introducton Les systèmes d énerge hybrdes sont des systèmes énergétques qu combnent deux ou pluseurs sources d'énerge. Lorsqu'ls sont ntégrés, ls permettent de surmonter les lmtatons nhérentes à l'utlsaton d'une seule ressource énergétque. La technque hybrde applquée aux énerges renouvelables permet de rédure les moyens de stockage à cause de la complémentarté des dfférentes ressources. Cec condut à une réducton du coût du kwh. Ces dernères années, de nombreuses études et applcatons ont été condutes concernant l'énerge hybrde en vue d optmser l ntégraton et la répartton des ressources dsponbles en vue de satsfare la demande exgée par la consommaton. Dans ce contexte, l y a généralement deux types de problèmes à consdérer. Le premer problème consste, étant données des capactés en ressources déjà nstallées, à détermner le mode de geston pour trer le melleur proft de l nstallaton. Le deuxème problème consste, étant donnée une estmaton des ressources potentelles, à détermner la répartton optmale pour chacune de ces ressources. A cet effet, pluseurs mdes ont été utlsées, comme la Programmaton Lnéare, la Programmaton Dynamque, les Algormes génétques, etc. [1-4]. Des programmes de smulaton et d optmsaton des systèmes hybrdes ont été également développés, on ctera en partculer HOMR, SOMS, RAPSIM, SOSIM, [5-8]. Dans cette étude, on s ntéressera au deuxème problème pour lequel peu de travaux ont été consacrés [1]. Comme la référence [1], nous avons modélsé le problème de répartton de ressources en termes de programme lnéare. Les ressources consdérées peuvent être une combnason des énerges suvantes selon les régons : solare otovoltaïque, solare oto-ermque, lenne et bomasse. Une nterface graque a été développée
permettant aux utlsateurs d ntrodure le coût untare et la capacté lmte de chaque énerge de façon asée pour obtenr la répartton qu mnmse la foncton de cout. 2. Un Système hybrde xpérmental Le but de cette étude est de combner de façon économque des énerges renouvelables pour satsfare la demande énergétque d'une localté donnée (mason, ferme, agglomératon,..). La Fg.1 montre un prototype de mason qu utlse l'énerge hybrde : lenne, solare, et bomasse. Les sources d énerges apparassant en mages sur la Fg.1 sont des systèmes d'énerges renouvelables expérmentaux de très fable pussance qu ont été développés au nveau de notre laboratore LATA, à l unversté Mentour, Constantne. -L mage (a) montre un panneau solare du système otovoltaïque, l mage (b) présente un système oto-ermque avec concentrateur et poursute du solel, L mage (c) montre une lenne de fable pussance, l mage (d) montre un boréacteur expérmental pour la producton du méane à partr des eaux usées et des déchets bologques. Le système de geston permet d adapter l énerge dsponble pour satsfare la demande. Comme les énerges renouvelables consdérées sont fluctuantes, l est d usage de rajouter des batteres de stockage comme réserve. L exemple de la Fgure 1 correspond à une stuaton ou le chox du système énergétque est déjà donné, le problème consste à gérer ces ressources afn de satsfare la demande. a b Geston Ste expérmental LATA c d Fgure 1 : Système hybrde 3. Modélsaton en termes de programme lnéare tant données les caractérstques et une demande énergétque pour un ste spécfque, le problème étudé consste à détermner les capactés des ressources renouvelables à nstaller en vue de satsfare la demande en queston. Une telle approche a été effectuée également par la référence [1] pour résoudre un problème d électrfcaton rurale basé sur l ntégraton et de répartton des ressources renouvelables en Inde. Les problèmes hybrdes peuvent se ramener à des problèmes de dstrbuton optmale des ressources énergétques avec la contrante de satsfare la demande en tenant compte des lmtatons des sources dsponbles. On consdère les sources d'énerges renouvelables: solare otovoltaïque ermque avec la lmte dsponble S, lenne avec la lmte dsponble S, solare avec la lmte dsponble S, bomasse b avec la c et la demande D. La forme lmte dsponble L, les coûts untares de chaque ressource énergétque b générale peut être celle d'un problème de Programmaton Lnéare qu consste à mnmser une foncton de coût Z sous des contrantes données [1,9]. Le problème peut s'exprmer comme sut : T
mn Z T = C. = D (1) ( =,,, b) L 0 La résoluton de ce type de problèmes peut s effectuer par des technques dérvées de la mde du smplexe ou la mde du pont ntéreur. De nombreux programmes nformatques sont dsponbles comme (LINDO [9], Lnsolve [10], Z-PL [11],..) et permettent de détermner (s c est possble) les quanttés à utlser pour chaque source d énerge qu mnmsent la foncton objectve en respectant toutes les contrantes. Dans notre cas, nous avons utlsé le programme Lnsolve pour détermner la répartton optmale de nos ressources. 4. Applcatons Dans cette secton, on llustrera notre étude par deux exemples de répartton de ressources hybrdes. La foncton de cout à mnmser est la somme des couts des énerges utlsées. n tenant compte des couts untares, elle peut se mettre sous la forme : mn Z = C + C + C + C (2) B B 4.1. xemple pour la régon (a) Pour les données relatves à la régon (a), le programme de répartton des ressources s exprme comme sut : mn Z èo + = 0.3 + 20 ( kwh 18 ( kwh 10 ( kwh 40 ( kwh + 0.2 + sont présentés dans le tableau.1 b + 0.08 = 80 ( kwh + 0.06 B (3) Tableau 1 : Répartton des ressources obtenue pour la régon (a) Les données Les énerges Les prx (kwh en ) Les capactés (%) 0.30 20 = 12 = 15 0.2 18 = 18 = 22. 5 0.08 10 = 10 = 12. 5 0.06 40 = 40 = 50 D=80 mn Z = 10. 40 4.2. xemple pour la régon (b) Pour les données relatves à la régon (b), le programme de répartton des ressources s exprme comme sut :
mn Z = 0.6 èo + + + 0.5 + b 45.35 ( kwh 20.13 ( kwh 12.20 ( kwh 80.18 ( kwh / an sont présentés dans le tableau.2 + 0.8 = 120 ( kwh + 0.4 B (4) Les données Tableau 2 : Répartton des ressources obtenue pour la régon (b) Les énerges Les prx (kwh en ) Les capactés (%) 0.6 45.35 = 19. 69 = 16. 40 0.5 20.13 = 20. 13 =16. 78 0.8 12.20 = 00 = 0. 0 0.4 80.18 = 80. 18 = 66. 82 Commentares D=120 mn Z = 53. 95 *Pour la premère régon, on obtent la répartton suvante ; la bomasse qu a la plus grande capacté au plus fable coût est utlsée à 50 %. Les autres ressources ont été utlsées à fable pourcentage : ermque 22,5%, otovoltaïque 15%, et l len 12,5% *Pour la deuxème régon, nversement, comme l énerge lenne est de fable capacté au cout le plus élevé par rapport aux autres ressources concurrentes, elle n a pas été utlsée (0%). la bomasse qu a la plus grande capacté au plus fable coût est utlsée à 66.82 %. Les autres ressources ont été utlsées à fable pourcentage : ermque 16.78%, otovoltaïque 16.40%, L analyse des résultats obtenus montre une répartton qu favorse la ressource dsponble à fable cout. Nous avons examné à l ade de notre programme la répartton optmale des ressources selon les données de la référence [1], on a constaté des résultats semblables pusque la même approche a été adoptée. 4.3. Interface Graque Une nterface graque a été développée en langage Java permettant aux utlsateurs d ntrodure les coûts untares, les capactés de chaque énerge ans que la demande. Le programme détermne la répartton optmale des ressources consdérées et le mnmum de la foncton de cout (Fgure 2). Fgure 2 : Interface Graque Utlsateur
Concluson Après avor conçu et réalsé des systèmes expérmentaux d énerges renouvelables de très fables pussance (solare otovoltaïque, solare ermque, lenne et bomasse.), nous envsageons la répartton des ressources combnés de façon optmale. Dans ce but, nous avons modélsé le problème en termes de programmaton lnéare que nous avons résolu par la mde du smplexe. Nous avons développé une nterface graque utlsateur en vue de faclter la smulaton et l analyse du système hybrde pour dfférentes stuatons. Cette technque a été llustrée par deux exemples pratques. Références [1] Akella, A.K., M.P. Sharma, and R.P. San, 2007, Optmum utlzaton of renewable energy sources n a remote area, Renewable and Sustanable nergy Revews 11: 894 908 [2] D. Manolakos, G. Papadaks,D. Papantons, S. Kyrtss, A smulaton-optmsaton programme for desgnng hybrd energy systems for supplyng electrcty and fresh water rough desalnaton to remote areas, journal nergy lsever 26 (2001) 679 704 [3] Deshmukha, M.K. and S.S. Deshmukhb, 2008, Modelng of hybrd renewable energy systems, Renewable and Sustanable nergy Revews, lsever, 12; 235 249, [4] Ramakumar.R, P.S.Shetty, and K. Ashena, 1986, A Lnear Programmng Approach to e Desgn of Integrated Renewable nergy Systems for Developng Countres, I Transactons on nergy Converson, Vol. C-1, No. 4, [5] G. Bekele, B.Palm «Feasblty study for a standalone solar wnd-based hybrd energy system for applcaton n opa», Appled nergy 87 (2010) 487 495, elsever [6] Farret.A, and M.G.Smoes, 2006, Integraton of Alternatve Sources of nergy; Felx A John Wley & Sons, Inc., Publcaton. [7] Bernal-Agustın. J. L, and R. Dufo-Lopez; 2009, Smulaton and optmzaton of stand-alone hybrd Renewable energy systems; Renewable and Sustanable nergy Revews lsever, 2111 2118 [8] Jose L. Bernal-Agustın and Rodolfo Dufo-Lopez, Smulaton and optmzaton of stand-alone hybrd renewable energy systems, Renewable and Sustanable nergy Revews 13 (2009) 2111 2118, lsever [9] http://www.lndo.com/ [10] http://archves.ma.utk.edu/software/msdos/dscrete.ma/tsln/.html [11] A. Zaatr «Les Technques de la Recherche Opératonnelle : Algorme du Smplexe», les maématques à l unversté, Constantne, Mars 2002