| Titre : | Evaluation de l'optimisation des cycles de vies des systèmes à énergies renouvelables |
| Auteurs : | TAHTAH Abdelkarim, Auteur ; Raouti Driss, Directeur de thèse |
| Type de document : | texte imprimé |
| Editeur : | université de siada Dr Moulay Tahar, 2023 |
| Format : | 108p / 29cm |
| Accompagnement : | CD |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | Renewables energies ; Wind farm, Ecological and economic impact (Eco-Eco) ; Life cycle assessment (LCA) ; Levelized cost of electricity (LCOE) |
| Résumé : |
La croissance exponentielle démographique, la satisfaction dans l'augmentation de l'industrialisation, le
développement ainsi que l’optimisation de la qualité de vie socio-économique, influent fortement sur la demande mondiale en termes d’énergie électrique, en provenance de toutes les sources fossiles, fissiles et renouvelables. Les inconvénients de cette hausse en demande énergétique se représentent par un ensemble de contraintes économiques, écologiques et techniques. Ces derniers ont conduit les chercheurs à intensifier leurs recherches dans le but d’optimiser les cycles des vies de ces installations afin d’équilibrer la balance des deux plateaux écologique et économique Eco-Eco. Les politiques actuelles de la majorité des pays incitent les acteurs en domaine d’atteindre l’autonomie énergétique par favoriser l’utilisation des énergies renouvelables sans les émissions de gaz à effet de serre. Si la production à partir des sources renouvelables de l'énergie électrique s'effectue à 0% d’émission des gaz à effet de serre et que la source est gratuite (vent, solaire ...), les phases de fabrication, de transport et installation, de maintenance, de démantèlement et recyclage demeurent des sujets flous où les impacts environnementaux et les dépenses économiques ne sont pas sans risque. C'est dans cette optique que l'analyse et l'optimisation des cycles de vies de ces systèmes de production prend place. Le travail de recherche visé par cette thèse se focalise sur la modélisation et la simulation des effets environnementaux et économiques durant les différentes phases depuis la fabrication jusqu'au recyclage et l'optimisation des systèmes de production à énergies renouvelables dans le but de proposer des solutions et des recommandations pour minimiser et/ou optimiser les impacts Eco-Eco de la filière énergie renouvelable. Finalement, les résultats obtenus ont été validés par comparaison via l’application de l’algorithme génétique. Mots clés : Energies renouvelables, Parc éolien, Impact écologique et économique (Eco-Eco), Analyse du cycle de vie (ACV), Coût actualisé de l'électricité (LCOE) |
| Note de contenu : |
TABLE DES MATIERS ........................................................................................................................ i
LISTE DES FIGURES ...................................................................................................................... viii LISTE DES TABLEAUX ................................................................................................................... ix ABREVIATIONS ................................................................................................................................ xi INTRODUCTION GENERALE ........................................................................................................... 1 CHAPITRE I : Etat de l’art et statistiques sur les énergies renouvelables I.1 Introduction ................................................................................................................................... 4 I.2 Transition et l’intégration vers l’énergie renouvelable ............................................................ 4 I.3 Energies renouvelables, définitions, ressources et exploitation......................................... 4 I.3.1 Définition ................................................................................................................................ 4 I.3.2 Historique des ressources d’énergies renouvelables ................................................................ 5 I.3.3 Statistiques sur l'exploitation et la promotion des énergies renouvelables .............................. 6 I.3.3.1. Situation mondiale de la production de l'énergie à partir des sources renouvelables .... 6 I.3.3.2. Situation de la production d'énergie renouvelable en Algérie ....................................... 7 I.3.3.3. Prévision et perspectives de l'évolution des sources d'énergies renouvelables .............. 8 I.3.4 Déférents types des sources d’énergie renouvelables .............................................................. 9 I.3.4.1 Source salaire ...................................................................................................................... 9 I.3.4.1.1. Solaire thermique .................................................................................... 10 I.3.4.1.1.1. Technique d’exploitation de solaire thermique ...................................................................... 10 A) Famille de tour concentrique ....................................................................................................... 10 B) Famille des auges ou en tubes concentriques .............................................................................. 11 I.3.4.1.1.2. Avantages et inconvénients de l’énergie solaire thermodynamique ...................................... 13 I.3.4.1.2. Solaire photovoltaïque ............................................................................ 14 I.3.4.2 Energie éolienne ................................................................................................................ 15 I.3.4.2.1. Principe de fonctionnement d’une éolienne ........................................................................... 16 I.3.4.2.2. Caractéristiques techniques de l’éolienne .............................................................................. 16 T ABLE DES M ATIERES TABLE DES MATIERES ii I.3.4.2.3. Détails techniques sur la sources éolienne ............................................................................. 17 • Systèmes isolés ............................................................................................. 18 • Systèmes hyprides ........................................................................................ 18 • Systèmes reliés au réseau ............................................................................. 18 I.3.4.2.4. Zones de fonctionnements de l’éolienne ................................................................................ 18 I.3.4.2.5. Caractéristique d’une éolienne ............................................................................................... 19 • La rose des vents .......................................................................................... 19 • Distribution et répartition des caractéristiques de la vitesse de vent ........... 20 • Distribution de probabilité de Weibull ......................................................... 20 I.3.4.2.6. Modélisation de la turbine de l’éolienne ................................................................................ 21 ➢ Puissance éolienne disponible ...................................................................... 22 ➢ Puissance aérodynamique ............................................................................. 22 ➢ Coefficient de puissance ............................................................................... 22 I.3.4.3 Energie hydraulique .......................................................................................................... 23 I.3.4.3.1. Principe de fonctionnement d’énergie hydraulique ...................................... 23 I.3.4.3.2. Types d’aménagement des énergies hydrauliques ........................................ 24 a) Les usines au fil de l’eau ......................................................................................... 25 b) Les usines de moyenne chute ou éclusée ................................................................ 25 c) Les usines de haute chute ........................................................................................ 26 I.3.4.4 Sources de la marée motrice et des courants marins ......................................................... 27 A) La source marémotrice ............................................................................................... 27 • Principe de la production électrique marée-motrice ....................................................... 27 B) Sources de l’énergie des courants marins ................................................................... 27 C) Autre type d’énergie d’origine marine ........................................................................ 28 ➢ Energie marine thermique.......................................................................................... 28 ➢ Energie osmotique ..................................................................................................... 28 I.3.4.5 Générateurs utilisant la houle ............................................................................................ 28 I.3.4.5.1. Principe des générateurs utilisant la houle ............................................................................. 29 I.3.4.5.2. Différents types des générateurs utilisant la houle ................................................................. 29 TABLE DES MATIERES iii • Générateur des barrages à houle situés sur les côtes ...................................................... 29 • Systèmes à flotteur en surface ou semi-immergé ........................................................... 29 • Systèmes à colonne oscillante ........................................................................................ 30 • Système à flotteur immergé ............................................................................................ 31 I.3.4.6 Génération et cogénération à partir de la biomasse ou de déchets .................................... 31 I.3.4.6.1. Définition ............................................................................................................................... 32 I.3.4.6.2. Principe de fonctionnement de la cogénération ..................................................................... 32 I.3.4.6.3. Types de sources d’énergies issus de la biomasse ou de déchets ........................................... 32 • Biogaz ............................................................................................................................ 32 • Biocarburant ................................................................................................................... 33 • Déchets secs .................................................................................................................. 33 ✓ La paille ............................................................................................................. 33 ✓ Bagasse de canne à sucre ................................................................................... 33 ✓ Le bois .............................................................................................................. 34 • Déchets ménagers ........................................................................................................... 34 I.3.4.7 Energie géothermiques ...................................................................................................... 34 I.3.4.7.1. Principe d’exploitation de la géothermie ............................................................................... 35 I.3.4.7.2. Différents types d’énergie géothermie ................................................................................... 36 ✓ Géothermie haute énergie ............................................................................................ 36 ✓ Géothermie moyenne énergie ...................................................................................... 36 ✓ Géothermie de basse énergie........................................................................................ 37 ✓ Géothermie très basse énergie ...................................................................................... 37 I.3.4.7.3. Quelques caractéristiques d’une géothermique ...................................................................... 37 I.3.5 Conclusion ............................................................................................................................. 37 CHAPITRE II : Etude des cycles de vie d’un système de production d’énergie électrique II.1 Introduction .................................................................................................................................. 38 II.2 Définition de l’analyse du cycle de vie ........................................................................................ 38 II.3 Objectifs de l’étude et application de l’ACV ............................................................................... 39 TABLE DES MATIERES iv II.4 L'impact simplifié pour le réchauffement climatique .................................................................. 40 II.5 Évaluation des systèmes de production d’électricité ................................................................... 41 • ACV conséquentielle ou attributionnelle ........................................................................ 42 • Les outils d’évaluation existants, avantages et inconvénients ........................................ 42 II.6 Application du cadre méthodologique de l’ACV ........................................................................ 43 II.6.1. La définition des objectifs et délimitation du champ d’´étude........................................ 43 II.6.2. Inventaire du cycle de vie ............................................................................................... 45 II.6.3. Evaluation des impacts du cycle de vie .......................................................................... 46 • Santé humaine .................................................................................................... 47 • Qualité de l'écosystème...................................................................................... 47 • Changement climatique ..................................................................................... 47 • Ressources ......................................................................................................... 48 II.6.4. Interprétation d’un exemple d’évaluation des impacts du cycle de vie ......................... 48 II.7 Conclusion ................................................................................................................................... 49 CHAPITRE III : Évaluation économique et écologique et optimisation du cycle de vie d’un parc éolien III.1. Introduction .................................................................................................................................50 III.2. Synthèse bibliographique sur l’analyse de cycle de vie ..............................................................50 III.3. Analyse du cycle de vie d’un parc éolien ...................................................................................52 III.3.1. Phase de fabrication et de fondation ...............................................................................54 III.3.1.1 Pour les GHG liés à la fabrication ...................................................................54 III.3.1.2 Pour les coûts liés à la fabrication ...................................................................54 III.3.2. Phase de transport et d’installation .................................................................................56 III.3.2.1 Pour les GHG liés à de transport et d’installation ........................................56 III.3.2.2 Pour les coûts liés à de transport et d’installation ........................................57 III.3.3. Phase de la maintenances et d’opérations .......................................................................57 TABLE DES MATIERES v III.4.3.1 Pour les GHG liés à de la maintenances et d’opérations ..................................57 III.4.3.2 Pour les coûts liés à de la maintenances et d’opérations ..................................58 III.3.4. Phase du démantèlement et de recyclage .......................................................................59 III.3.4.1. Impact écologique de la phase démantèlement et de recyclage .......59 III.3.4.2. Coût de la phase de démantèlement et de recyclage ........................60 III.4.Etude et analyse de coût de cycle de vie d’un parc éolien ...........................................................60 III.5.1. Etude référentielle .........................................................................................60 III.5.2. Site éolien de KABERTANNE ......................................................................60 III.5.Résultats et discussions ...............................................................................................................61 • L'effet de type d’unité de l’éolienne en fonction de sa puissance unitaire par apport à la puissance installée ......................................................................................................................63 - L’étude écologique ...................................................................................................65 - L’étude économique .................................................................................................66 III.6. Intensité du coût écologique et économique .............................................................................68 III.7. Comparaison avec les résultats antérieurs ..............................................................................69 III.8. Conclusion ............................................................................................................................71 CHAPITRE IV : Étude et l’optimisation des coûts actualisés de l’électricité « LCOE », d’un parc éolien IV.1. Introduction .................................................................................................................................73 IV.2. Le LCOE d’une source à énergies renouvelables et non renouvelables ......................................74 IV.2.1. LCOE pour les sources non-renouvelables .......................................................72 IV.2.2. LCOE du système à d’énergie renouvelable .....................................................73 IV.3. Calcule de le LCOE d’un parc éolien ..........................................................................................74 IV.3.1. Etude de LCOE en fonction de la variation des paramètres de la phase de transport & installation et des puissances unitaires des éoliennes .....................74 TABLE DES MATIERES vi IV.3.2. Equation généralisée et calcule de LCOE .........................................................77 IV.3.2.1. Coût d’investissement initial de l’éolienne (IIC) ..................................78 IV.3.2.1.1. Coût spécifique de l’éolienne .................................................78 IV.3.2.1.2. Coût de transport et d’installation ...........................................79 • Modèle mathématique d’évaluation du coût de transport et installation (T&I) ..............79 - Temps entier (T) pour la réalisation de T&I ......................................................80 - Coût quotidien du moyen de transport et installation .......................................80 IV.3.2.2. Coût de l’opération et maintenance ................................................................... 82 IV.3.2.3. Coût de démantèlement et de récupération ....................................................... 82 ▪ Cout de démantèlement .....................................................................82 ▪ Coût de récupération ..........................................................................82 IV.3.3. Valeurs des paramètres du calcul et optimisation de le LCOE .........................83 ➢ Méthodes de pré-assemblage des éoliennes ..................................................83 ➢ Scénarisons proposés en fonction de la puissance unitaire de l’éolienne .....84 ➢ D’autres paramètres fixes introduits pour le calcul de le LCOE ..................84 IV.4. Démarche systématique de calcul de le LCOE d’un parc éolien, appliquée à plusieurs scénarios .....................................................................................................................................................85 • Organigramme de la structure proposée de calcul de le LCOE...................................................86 IV.5. Résultats et interprétation ............................................................................................................86 • Taux de variation de le LCOE en fonction de scénarios et de méthode de pré-assemblage .......87 IV.6. Application de l’algorithme génétique pour le calcul d’optimisation de le LCOE .....................88 IV.6.1. Présentation d’algorithme génétique .................................................................89 ▪ Définition et principe d’algorithme génétique .....................................89 ▪ Les étapes de l’algorithme génétique ...................................................89 TABLE DES MATIERES vii IV.6.2. Solutions obtenues par l’application de l’algorithme génétique .......................90 IV.6.3. Comparaison entre les résultats calculés et optimisé par l’algorithme génétique ...........................................................................................................................91 IV.7. Conclusions .................................................................................................................................92 CONCLUSION GENERALE.............................................................................................................. 93 RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES ........................................................................................... 96 ANNEXE ............................................................................................................................................. 106 |
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