Etude d’un système hybride à sources d'énergie renouvelables dans la région de Ouargla : Application au pompage de l’eau

Abstract

لقد شهد العالم توجه نحو أنظمة الطاقات المتجددة الهجينة والتي تعد البديل الواعد لمستقبل الطاقة بعيدا عن الوقود الاحفوري. ان الغرض من هذا العمل هو انشاء نظام هجين فعال يتكون من الواح كهروضوئية وتور بينات الرياح لتغذية محطة ضخ المياه لري مساحة (02 هكتار) مستقلة عن الشبكة في منطقة ورقلة.في بداية العمل تم تقييم الإمكانات الشمسية في المنطقة من خلال تطوير نموذجين للإشعاع الشمسي في بيئة ماتلاب وتمت مقارنتها مع البيانات المسجلة من محطة ارصاد جوية صغيرة تم تركبيها في مختبر LAGE بجامعة ورقلة .توضح النتائج التي تم الحصول عليها ان نموذج Perrin & Brichambaut اكثر فعالية لتقدير الاشعاع الشمسي في المنطقة .كما تم تقييم الإمكانات الرياحية باستخدام توزيع ويبل والذي اظهر وجود تفاوت نسبي في المتوسط الشهري لسرعة الرياح والمقدر ب (1.85-5.65 م/ث).بعد ذلك تم تقديم دراسة حول خصائص التربة وطرق الري الحديثة باستخدام بيانات الأرصاد الجوية (2008-2017)وبرنامج CROPWAT 8.0 ،تم حساب الحجم الأمثل للمياه لري مساحة 02 هكتار من النخيل .في الأخير ، تم اعتماد طرق (طريقة متوسط السنوي الشهري وطريقة الشهر الأسوأ) وبرنامج HOMER من اجل تطوير النظام بطريقة مثلى للحصول على اقل تكلفة للمشروع. اظهرت النتائج النهائية تقارب في أبعاد النظام الهجين التي تم اعتمادها من قبل برنامج HOMER وطريقة متوسط السنوي الشهري. حيث ان النظام المتكون من kW 2، kW3 لكل من الخلايا الكهروضوئية و طاقة الرياح على التوالي، قادرا على تلبية احتياجات الطاقة لضخ المياه بشكل سنوي مع وجود فائض قدر ب (11.6%)من اجمالي انتاج الطاقة. اثبت تحليل الجدوى الاقتصادية ان التكلفة الاجمالية للمشروع قدرت (14,989 $) ما يعادل ,182103661 (دج)، مع مراعاة ان النظام يتم انشاه ليعمل لمدة 20عاما. وفي الاخير اشارت المقارنة بين النظام المستقل وتمديد الشبكة الى افضلية النظام المستقل في المناطق المعزولة ذات الكثافة السكانية المنخفضة.

The world is headed towards hybrid renewable energy systems, which are a promising alternative for the future of energy away from fossil fuels, The goal of this work is to create an efficient hybrid system consists of photovoltaic panels and a wind turbine to power the water pumping station to irrigate an area not connected to the electricity grid in the Ouargla region. At the beginning of work, the solar potential of the region was assessed by developing two models of solar radiation in the MATLAB environment, and they were compared with data recorded from a small weather station installed at the LAGE laboratory of Ouargla University. The results obtained in this study depict that Perrin & Brichambaut model is more effective to estimate the total solar intensity on a horizontal surface for clear sky over Ouargla city. The wind potential was assessed using the Weibull distribution, which showed a relative variation in the monthly mean wind speed estimated at (1.85-5.65 m/s). Then we present a study on soil characteristics and modern irrigation methods who led grace to meteorological data (2008 -2017) and CROPWAT 8.0 software, to the determination of ETP reference evapotranspiration, and subsequently, optimal water volume was calculated to irrigate 02 hectares of palm trees. To achieve the desired objectives of this work, methods (the annual monthly average method and the worst month method) and the HOMER software were adopted in order to develop an optimal system to obtain the lowest system cost. The final results showed a convergence in the dimensions of the hybrid system that was adopted by HOMER and the annual monthly mean method. As the system consisting of 2kW, 3kW for photovoltaic and wind power respectively, is able to meet the energy needs of water pumping annually with an estimated surplus of (11.6%) of the total energy production. The economic feasibility analysis showed that the total cost of the project was estimated at 14,989 $ equivalent 2 103661,18DA, taking into account that the system was established to operate for at least 20 years. Finally, the comparison between the hybrid system (PV/Wind) and the extension of the electricity grid indicated the preference of the hybrid system in isolated areas with low population density.

Le monde c’est dirigé vers les systèmes d'énergie renouvelable hybrides, qui constituent une alternative prometteuse pour l'avenir de l'énergie loin des combustibles fossiles, Le but de ce travail est de créer un système hybride efficace qui se compose de panneaux photovoltaïques et d'une éolienne pour alimenter la station de pompage d'eau pour irriguer une superficie non connecté au réseau électrique dans la région de Ouargla. Au début de travail, le potentiel solaire de la région a été évalué en développant deux modèles de rayonnement solaire dans l'environnement MATLAB, et ils ont été comparés aux données enregistrées à partir d'une petite station météorologique installée au laboratoire LAGE de l'Université d'Ouargla. Les résultats obtenus montrent que le modèle de Perrin & Brichambaut est plus efficace pour estimer le rayonnement solaire dans la région d’Ouargla. Le potentiel du vent a été évalué à l'aide de la distribution de Weibull, qui montré une variation relative de la vitesse moyenne mensuelle du vent estimée à (1,85-5,65 m/s). Ensuite nous présentons une étude sur les caractéristiques de sol et les méthodes d'irrigation modernes qui a conduit grâce au de données météorologiques (2008 -2017) et le logiciel CROPWAT 8.0 à la détermination de L'évapotranspiration de référence ETP, et par la suite le volume d'eau optimal a été calculé pour irriguer 02 hectares de palmiers. Pour atteindre les objectifs souhaités de ce travail, des méthodes (la méthode moyenne mensuelle annuelle et la méthode du mois le plus défavorable) et le logiciel HOMER ont été adoptés afin de développer un système optimal pour obtenir le coût de système le plus bas. Les résultats finaux ont montré une convergence dans les dimensions du système hybride qui a été adopté par HOMER et la méthode de moyenne mensuelle annuelle. De telle sorte que le système qui est composé de 2kW, 3kW pour l'énergie photovoltaïque et éolienne respectivement, est capable de répondre aux besoins énergétiques du pompage de l'eau annuellement avec un surplus estimé à (11,6%) de la production totale d'énergie. L'analyse de faisabilité économique a prouvé que le coût total du projet était estimé à 14 989 $ équivalent 2 103661,18 DA, en tenant en compte que le système a été établi pour fonctionner au moins 20 ans. Enfin, la comparaison entre le système hybride (PV/Eolien) et l'extension du réseau électrique a indiqué la préférence du système hybride dans les zones isolées avec une densité faible de population