Production d'électricité - Photovoltaïque - Industriel - 3,1 kW - Hors réseau / Canada

Mandat de l'étude de cas

Vous êtes responsable des services techniques d'une société de télécommunications qui exploite plusieurs relais sur des sites éloignés. Vous voulez savoir quelles pourraient être les économies générées par l'ajout d'un champ photovoltaïque (PV) sur vos bancs d'accumulateurs électriques rechargés par des groupes électrogènes diesel. Un tel ajout devrait réduire non seulement la consommation de carburant, mais aussi l'entretien des moteurs diesel. Comme ces sites sont accessibles uniquement par hélicoptère, il y a un très important potentiel d'économies. Avant de demander du financement pour ce projet, vous décidez de procéder à une étude de préfaisabilité concernant les investissements nécessaires et le taux annuel de retour sur investissement attendu.

Données techniques

Les sites se trouvent au Labrador, près de Goose Bay, à Terre-Neuve, au Canada. Il est toujours possible d'orienter le champ PV plein sud. Les sites sont accessibles en tout temps en hélicoptère et en hiver par motoneige. À cause de la situation, les frais de voyage et de logement au stade de la conception seront moyennement élevés. Actuellement, chaque site possède 2 groupes diesel électrogènes de 10 kW chacun qui rechargent un banc d'accumulateurs de 3 385 Ah en 48 Vcc. Les batteries et les moteurs diesel sont chauffés à 25 ?C grâce à un système de chauffage contrôlé par thermostat.

Les appareils à alimenter en électricité sont donnés dans le tableau. Tous ces appareils fonctionnent continuellement et en courant continu.

Le nombre de visites d'entretien du site sera réduit avec l'ajout du système PV au système existant génératrice/accumulateurs. Le système existant consomme environ 4 200 litres de carburant par année. Un hélicoptère ne peut transporter que 1 000 litres de carburant à la fois par voyage. En plus de ces voyages d'approvisionnement, le système existant nécessite 15 visites additionnelles d'entretien par année, par site. Il est raisonnable de croire que le nombre de ces visites pourra être réduit en proportion du nombre d'heures de fonctionnement et donc de la baisse de consommation de carburant. Le prix d'utilisation d'un hélicoptère est de 1 000 $/h et chaque visite monopolise l'hélicoptère 3 heures en moyenne. Dans cette région éloignée, le prix du carburant diesel est de l'ordre de 1,00 $/litres.

Les données financières nécessaires à l'étude sont les suivantes : taux d'inflation de 2,5 %, taux d'indexation de l'énergie de 5 %, ratio d'endettement de 60 %, taux d'intérêts sur la dette de 8,5 %, taux d'actualisation de 9 %, durée de l'emprunt de 10 ans et durée de vie du système de 25 ans. Votre société est imposée à 42,6 %. Le système photovoltaïque peut être amorti de manière dégressive à un taux annuel de 30 %.

Préparez une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirez les faits saillants de cette analyse.

Données financières

Les données financières nécessaires à l'analyse sont fournies par la compagnie d'électricité : taux d'inflation de 2,5 %, taux d'indexation du coût en combustible de 5 %, ratio d'endettement de 60 %, taux d'intérêts sur la dette de 8,5 %, taux d'actualisation de 9 % et durée de l'emprunt de 10 ans. Les modules PV peuvent être achetés à un coût de 10 % inférieur au prix régulier car le fabricant est intéressé par le volume acheté et par le potentiel du projet en tant qu'activité de marketing. Le prix de vente actuel de l'électricité dans la communauté est approximativement de 0,40 $/kWh. La compagnie d'électricité est une société gouvernementale n'ayant pas d'impôts à payer. Le projet devrait avoir une durée de vie d'au moins 25 ans.

Comme le projet est situé dans le Nord, les frais de voyage et d'hébergement sont élevés et font en sorte que les coûts pour erreurs ou oublis sont dispendieux. Des maîtres électriciens pourront être embauchés sur place, mais il faudra leur assurer une certaine assistance technique spécifique à l'installation.

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Solution

Le fichier de données sélectionné dans la base de données de projets RETScreen présente la solution élaborée. L'utilisateur télécharge automatiquement la base de données de projets en téléchargeant le logiciel RETScreen.

Notes explicatives

• La capacité nominale des accumulateurs a été choisie égale à la capacité du banc existant de batteries. Le nombre de jours d'autonomie a été ajusté de manière à ce que la capacité suggérée d'accumulateurs se rapproche de celle qui a été entrée. C'est une façon indirecte de découvrir que le site a une autonomie d'environ 5½ jours.
• Le rendement de conversion en électricité d'un litre de carburant a été choisi pour reproduire la situation du cas de référence qui spécifie une consommation de 4 200 litres/an.
• Tous les frais de transport ont été regroupés sous la section « Infrastructures connexes ».
• Aucun coût périodique pour le remplacement des accumulateurs n'a été prévu. En effet, on considère que l'ajout du système PV en parallèle au groupe électrogène n'affectera pas la durée de vie du banc d'accumulateurs.
• Le crédit annuel correspond à des économies de temps de vol d'hélicoptère; considérant que le système de référence demanderait 15 visites d'entretien et 4,2 livraisons de carburant par année; pour un total de 57 600 $ en considérant que chaque voyage en hélicoptère coûte 3 000 $. Avec l'ajout du système PV, la consommation en carburant est réduite. Considérant que les visites d'entretien sont réduites en proportion de la consommation de carburant, il en résulte des économies.
• Il faut noter que dans ce calcul, seul le temps de vol est pris en compte et non les coûts de l'entretien. On pourrait donc montrer un impact encore plus favorable au PV. Toutefois, comme le taux de rendement interne de ce projet est déjà supérieur à 100 %, on ne juge pas nécessaire d'améliorer le point de vue économique.

Projet réel

Résultats

Newtel (maintenant membre du groupe Aliant) exploite 15 relais de télécommunications sur des sites éloignés du réseau électrique de Terre-Neuve. Habituellement, des groupes diesel-électriques rechargeaient un banc d'accumulateurs acide-plomb. Les frais d'entretien et de réapprovisionnement en carburant étaient très élevés car ces sites sont accessibles par hélicoptère uniquement. En fait, les frais d'hélicoptère surpassent largement les coûts du carburant.

Dans les années passées, un système photovoltaïque (PV) a été ajouté sur chacune des installations existantes. Cela a permis de réduire la consommation de carburant, mais surtout le nombre de visites d'entretien et de réapprovisionnement en carburant. Le système PV a d'abord généré des économies à ce chapitre plus que sur la valeur du carburant économisé.

La configuration du système PV a été pensée pour rester simple et fiable en priorité, parce que c'est au niveau de l'entretien des groupes électrogènes que l'on générera des économies. Cette vision a permis de satisfaire l'exploitant de ces sites et de proposer ce système à d'autres clients dans le monde.

Newtel possède 15 sites équipés d'un système PV hybride et estime les économies annuelles générées à 60 000 $ par site à cause de la maintenance réduite, des économies de carburant et de la réduction du nombre de voyages en hélicoptère. Le temps de retour simple sur l'investissement est inférieur à 3 ans pour plusieurs de ces sites.

Description du système

Le site typique appelle une puissance maximale de 1 kW et consomme environ 21 kWh par jour. L'électricité est stockée dans 24 accumulateurs acide-plomb à décharge profonde de 2 Vcc et 3 385 Ah de capacité. Le banc d'accumulateurs est configuré en 48 Vcc ce qui est une tension standard dans l'industrie des télécommunications. La puissance installée en modules PV est de 8,5 kW. Deux moteurs diesel de 10 kW peuvent relayer le système PV lorsque l'ensoleillement n'est plus suffisant pour maintenir le banc de batterie à un niveau de charge acceptable. La stratégie de contrôle consiste à laisser la priorité à la recharge par le système PV tant que la batterie ne descend pas en dessous d'un seuil déterminé de tension. À ce moment-là, les groupes électrogènes sont mis en route, jusqu'à ce que les batteries soient pleinement rechargées ou ils peuvent être arrêtés avant en raison des conditions météorologiques ou autres facteurs.

L'abri technique est chauffé par une chaudière au mazout, ce qui nécessite toujours un approvisionnement en combustible par hélicoptère. Le système de chauffage est nécessaire pour s'assurer que les moteurs diesel démarrent avec fiabilité quelles que soient les conditions météorologiques.

Leçons à tirer

• Les économies en carburant diesel sont importantes avec l'utilisation d'un système hybride PV / génératrice. Toutefois, le bénéfice financier le plus intéressant est la réduction du nombre (très coûteuses) de visites d'entretien du site.
• Il est important d'offrir un système de contrôle simple et fiable, pour minimiser le nombre de visites d'entretien et les faibles coûts d'exploitation.
• Un système de télésurveillance des éléments du système, spécialement les batteries et même de télécontrôle du système facilitera le diagnostic et réduira les frais d'entretien ou de réparations.

Aperçu général

Les coûts d'exploitation de sites éloignés, demandant une alimentation électrique, peuvent être considérablement réduits grâce à l'ajout du PV à un groupe électrogène comme moyen de maintenir en charge des batteries. Les dépenses les plus importantes qui bénéficient d'une telle combinaison et justifient l'installation de tels systèmes hybrides sont celles associées aux visites d'entretien du site. Il est possible d'atteindre des temps de retour sur investissement inférieurs à deux ans. Avec l'évolution des systèmes de contrôle et leur fiabilité croissante, les systèmes hybrides PV / groupe électrogène permettront un entretien de plus en plus réduit des génératrices, une durée de vie prolongée des accumulateurs et une meilleure autonomie des sites.

Photos

Télécommunication - Transmetteur - Photovoltaïque - Éloigné, Terre-Neuve, Canada - Photo 1
Télécommunication - Transmetteur - Photovoltaïque - Éloigné, Terre-Neuve, Canada - Photo 2
Télécommunication - Transmetteur - Photovoltaïque - Éloigné, Terre-Neuve, Canada - Photo 3
Télécommunication - Transmetteur - Photovoltaïque - Éloigné, Terre-Neuve, Canada - Photo 4

Références

• Lapp, Steve, « Communications personnelles », SGA Energy, 2000.
• Sheppard, Wayne, « Communications personnelles », Newtel Communications, 2000.