Hybridation pneumatique d'un moteur diesel en vue de son utilisation dans un système hybride éolien-diesel avec stockage d'énergie sous forme d'air comprimé /

Abstract

Les énergies renouvelables dont principalement l'énergie éolienne, constituent un potentiel important pour réduire la dépendance à l'égard des combustibles fossiles dans les réseaux électriques. Au cours des deux dernières décennies, il y a eu un taux accéléré des installations d'éoliennes de grande taille, sous forme de grands parcs connectés aux systèmes électriques provinciaux ou nationaux. Les coûts pour ces grandes éoliennes ont diminué jusqu'au point où ils commencent à être comparables aux technologies traditionnelles de génération d'électricité. Cependant, l'intermittence de l'énergie éolienne empêche les parcs éoliens de fonctionner d'une façon autonome dans les sites isolés qui sont paradoxalement très riches en cette ressource naturelle.Les Systèmes Hybrides Éoliens-Diesel (SHED) s'imposent donc comme alternative presqu'unique aux génératrices Diesels. Le Taux de Pénétration en Puissance (TPP) éolienne est un facteur important pour la réduction de la consommation de carburant. Pour des questions de rentabilité, les SHED à haut TPP ne sont pas encore rentables, et ceci n principalement à cause de la dissipation de l'énergie éolienne durant les périodes où la puissance éolienne disponible est supérieure à la demande.Le stockage d'énergie excédentaire est une des solutions pour augmenter la rentabilité des ces installations. Des recherches récentes ont conclu que la technique de stockage d'énergie sous forme d'air comprimé dans des cavernes souterraines est la plus adéquate pour les applications SHED compte tenu de ses différents points forts comme le coût, la densité énergétique, la densité de puissance, la durabilité et l'efficacité. Cette IVLe contenu de la thèse est présenté sous forme de cinq articles originaux publiés ou soumis à des journaux scientifiques avec comité de lecture, ainsi que trois articles publiés dans des congrès scientifiques avec comité de lecture. Chacun de ces articles fait, au moment de sa soumission, l'objet de l'état de l'avancement de l'étude, selon la méthodologie détaillée dans le chapitre I. ABSTRACTCanada has over 200,000 citizens living in remote communities, many of whom rely on diesel generators for their electricity supply. The economical cost of energy is therefore very high due to not only inherent cost of fuel but also to transportation and maintenance costs. The environmental cost of energy is also high as the use of fossil fuels for electricity generation is a significant source of greenhouse gas emissions.Renewable energy for remote areas is being investigated to reduce the oil dependency. Among all renewable energies, the wind energy experiences the fastest growing rate, at more than 30% annually for the last 5 years in Canada, which led to significant reduction in installation cost. However, the intermittency of this free energy makes impossible replacing the Diesel generators by wind farms in remote areas. The use of hybrid Wind-Diesel Systems (WDS) is therefore the only reasonable alternative to Diesels. For a WDS, the fuel saving is higher for greater Win...

Supercharging of Diesel Engine with Compressed Air: Experimental Investigation on Greenhouse Gases and Performance for a Hybrid Wind-Diesel System

“…Among all the methods for storing intermittent renewable energy, such as pumped hydroelectric storage, batteries, flywheels and CAES (compressed air storage), the latter has an overwhelming benefit given its low price, low effect on the environment and high efficiency [19]. CAES is a technology that has already been used at large scale, in pilot projects in Germany and few states of USA such as Alabama, Ohio and in a planned project at Texas (3000 MW project) for hybrid wind-natural gas power plants in the order of hundreds to thousands MW ( Figure 1).…”

“…Excess wind power is lost for wind speeds greater than 9 m/s. According to [15] [16] [19], the annual fuel consumption for a WDS with air storage is estimated at 50% with a 38% decreases in the fluctuation of energy production. This enables a significant increase in the penetration of wind energy, to about 90% [15].…”

“…The compressed air is then used to overload the diesel engine with a double benefit of enhancing its energy and reducing fuel consumption. The diesel generator operates during periods of low wind speed when there is insufficient wind power for the load [15] [16] [19].…”

“…[16] [17] [18] [19] [22] [23] [24] [25].In this context, we have evaluated and compared the emission of exhaust gases emitted by the DG before and after the supercharging mode using number 2 diesel fuel type B-ULS with maximum fuel sulfur of 15 mg/kg. An industrial gas combustion analyzer (Testo 350) is used to evaluate carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen oxide (NO x ), sulfur dioxide (SO 2 ) and carbon monoxide (CO) levels.…”