Analyse technico-économique d'un système hybride éolien-photovoltaïque en comparaison avec les systèmes photovoltaïque et éolien seuls

Vu la grande superficie du territoire québécois, de nombreuses habitations sont isolées ou à une distance importante du réseau électrique, donc les coûts de raccordement au réseau sont gonflés et souvent, le raccordement est tout simplement impossible. Les systèmes autonomes sont donc intéressants pour alimenter en électricité les habitants de ces régions. L'utilisation de génératrices carburant aux énergies fossiles est la solution actuelle. Les systèmes seuls, éolien ou photovoltaïque, nécessitent beaucoup d'accumulateurs pour pallier à l'intermittence des gisements. Les systèmes hybrides autonomes avec des panneaux solaires photovoltaïques et des éoliennes sont donc une solution potentielle limitant l'intermittence des ressources. L'analyse de diverses combinaisons de systèmes est réalisée en situation hors réseau et connectée au réseau. L'hypothèse principale de ce travail est que si un système photovoltaïque est joint à un système éolien hors réseau au Québec, cela permet de diminuer les moments sans apport d'énergie, donc on diminue les possibilités d'intermittence du système. Ainsi, la quantité d'accumulateurs nécessaires peut être diminuée. Cette diminution du nombre d'accumulateurs et de la taille des systèmes installés se traduit en économies pour l'ensemble du système. L'objectif était de comparer des systèmes hybrides éoliens-photovoltaïques avec des systèmes photovoltaïque ou éolien seuls pour un site hors réseau au Québec et par rapport à d'autres sites ailleurs dans le monde. Par une comparaison, la situation actuelle (diésel et connectée au réseau) a aussi été étudiée. Dans un premier temps, les systèmes seuls sont étudiés. L'analyse des différentes combinaisons de systèmes hybrides hors réseau et connectée au réseau est effectuée. L'originalité du projet provient dans l'addition d'un système photovoltaïque à un système éolien dans un contexte québécois et hors réseau. Globalement, les systèmes seuls, éoliens ou photovoltaïques, sont une option moins viable que l'option des systèmes combinés utilisant ces deux énergies. En général, pour le cas des systèmes autonomes, il est économiquement rentable d'ajouter des éoliennes aux systèmes avec génératrice diésel. Si les coûts des équipements ou du diésel évoluent, l'ajout de panneaux solaires à ces systèmes sera justifié. Quand les coûts d'électricité auront légèrement augmentés et que les coûts de rachat de l'électricité par le réseau seront intéressants, l'ajout de panneaux solaires, d'éoliennes et de génératrices diésel au système sera rentable pour le particulier dans le cas de systèmes connectés au réseau.

Abstract

Given Quebec's vastness, numerous homes are located in remote areas or considerably far away from the electric grid. Tying these homes to the grid is often very expensive or even impossible. Stand-alone systems are thus prime candidates to provide the energy requirements for the inhabitants of isolated locations. Currently, fossil fuel generators are the most widespread solutions. Wind- or photovoltaic-only systems require large amounts of batteries to compensate for the intermittence of resource availability. Stand-alone hybrid systems that combine both wind turbines and photovoltaic solar panels address this issue. Various combinations of both standalone and grid-connected systems are analysed. The premise of this work is that the addition of photovoltaic panels to a stand-alone wind-turbine system (in Quebec) will increase the system's robustness to resource intermittence thereby reducing the number of required accumulators. This reduction coupled with the resulting reduction in overall system size would lead to monetary savings. The objective was to compare hybrid wind and photovoltaic systems with wind- and photovoltaic-only systems for a number of off-grid sites in Quebec and abroad. The results are compared with the current -- diesel and gridconnected – situation. This work's contribution lies in the study of the coupling of photovoltaic systems with wind turbine systems in off-grid Quebec areas. Overall, wind- or photovoltaic-only systems are less viable that hybrid systems that use both technologies. For stand-alone systems, it is usually cost effective to add wind-turbines to diesel generator systems. If equipment or fuel costs were to increase, it would then become costeffective to also add solar panels. When the grid power price will have increased and sellback prices become worthwhile, adding solar panels, wind turbines and diesel generators to even gridtied systems will become cost-effective.