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Production d'électricité - Photovoltaïque - École - 0,4 kW - Hors réseau / Argentine
Mandat de l'étude de cas
Un fournisseur public d'électricité de la région a mis en oeuvre un programme d'électrification rurale visant les écoles de la province de Neuquén, en Argentine. Ces écoles sont situées dans une région éloignée et montagneuse de la Patagonie et sont généralement éloignées du réseau électrique. Deux solutions sont envisagées pour leur alimentation en électricité, soit des groupes électrogènes, soit des systèmes photovoltaïques (PV) autonomes. Vous êtes ingénieur(e) au siège social de la compagnie d'électricité dans la capitale provinciale et vous avez été mandaté(e) pour évaluer la viabilité financière de l'option photovoltaïque en prenant comme exemple typique, l'école d'un village de cette région.
Données techniques
L'école est située au pied des Andes (39° S, 71° O), dans la réserve Aucapan du peuple Mapuche faisant partie de la population aborigène de la région. La ville la plus proche de cette communauté est la capitale provinciale, Neuquén, qui se trouve à environ 430 km en direction du nord-est.
L'école comprend des salles de classe et un logement de fonction pour les enseignants visiteurs (provenant généralement de régions urbaines). Le climat est rude: chaud et sec l'été, froid l'hiver, avec des chutes de neige abondantes. Comme la neige rend l'accès à ces réserves plutôt difficile, les vacances scolaires sont en hiver, de juin à août inclusivement. Le bâtiment scolaire est donc inoccupé pendant cette période. Lorsque l'école est occupée, les besoins en électricité ont été estimés selon le tableau ci-dessous, dans lequel toutes les charges électriques sont en CA, sauf l'éclairage et le radio-téléphone qui fonctionnent en courant continu :
Mandat de l'étude de cas
Un fournisseur public d'électricité de la région a mis en oeuvre un programme d'électrification rurale visant les écoles de la province de Neuquén, en Argentine. Ces écoles sont situées dans une région éloignée et montagneuse de la Patagonie et sont généralement éloignées du réseau électrique. Deux solutions sont envisagées pour leur alimentation en électricité, soit des groupes électrogènes, soit des systèmes photovoltaïques (PV) autonomes. Vous êtes ingénieur(e) au siège social de la compagnie d'électricité dans la capitale provinciale et vous avez été mandaté(e) pour évaluer la viabilité financière de l'option photovoltaïque en prenant comme exemple typique, l'école d'un village de cette région.
Données techniques
L'école est située au pied des Andes (39° S, 71° O), dans la réserve Aucapan du peuple Mapuche faisant partie de la population aborigène de la région. La ville la plus proche de cette communauté est la capitale provinciale, Neuquén, qui se trouve à environ 430 km en direction du nord-est.
L'école comprend des salles de classe et un logement de fonction pour les enseignants visiteurs (provenant généralement de régions urbaines). Le climat est rude: chaud et sec l'été, froid l'hiver, avec des chutes de neige abondantes. Comme la neige rend l'accès à ces réserves plutôt difficile, les vacances scolaires sont en hiver, de juin à août inclusivement. Le bâtiment scolaire est donc inoccupé pendant cette période. Lorsque l'école est occupée, les besoins en électricité ont été estimés selon le tableau ci-dessous, dans lequel toutes les charges électriques sont en CA, sauf l'éclairage et le radio-téléphone qui fonctionnent en courant continu :
D'après votre expérience avec des projets similaires, vous décidez d'utiliser des modules PV de type polycristallin ayant une puissance crête de 50 Wc, produits et importés par la firme BP Solar. Compte tenu des périodes nuageuses prolongées qui arrivent occasionnellement dans cette région montagneuse, vous décidez de concevoir un système photovoltaïque ayant 6 jours d'autonomie.
Données financières
Pour la période de 25 ans sur laquelle le projet est analysé, il faut considérer un taux d'indexation du coût en combustible de 5 %, avec un taux d'inflation de 2,5 % et un taux d'actualisation de 9 %.
Les modules PV sont importés à Neuquén au coût de 8 000 $ US le kWc auquel s'ajoute une taxe sur la valeur ajoutée (TVA) de 10,5 %. Cette TVA est à un taux réduit parce qu'il s'agit d'équipement de production d'énergie renouvelable. Le taux normal de la TVA est de 21 %. Le taux de change à la fin de 2001 est 1 ARS = 1 US$.
L'expérience locale pour des applications PV similaires dans la région, montre que les batteries d'accumulateurs devront être remplacées environ tous les 3 ans.
Les plus petits groupes diesel électrogènes couramment disponibles ont une puissance de 2,5 à 3 kW et leur coût, avec un abri adéquat, est estimé à environ 3 200 ARS (incluant la TVA de 21 %). Cependant, même un aussi petit groupe électrogène excède les besoins modestes de l'école en électricité et ne fonctionne qu'entre 10 et 20 % de sa capacité. Les coûts d'entretien d'un tel groupe électrogène sont élevés compte tenu des conditions difficiles dans lesquelles ils sont utilisés et par le manque d'expérience des personnes qui en font l'entretien. Selon une étude réalisée par votre société sur l'utilisation de ces groupes électrogènes dans les écoles, les coûts d'entretien sont estimés à 500 ARS/an en moyenne, incluant les remises à neuf périodiques du moteur ou de la génératrice et les frais de déplacement. Dans les régions urbaines, le prix du carburant diesel est d'environ 0,50 ARS/l, mais ce prix peut être majoré de 50 % dans les communautés éloignées.
Préparez une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirez les faits saillants de cette analyse.
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
Résultats
Depuis 1987, Ente Provincial de Energía del Neuquén (EPEN), le fournisseur local d'électricité, société d'état de la province de Neuquén, dans le nord de la Patagonie, en Argentine, a mis en place un programme d'électrification rurale visant les écoles. En 1997, 27 écoles situées hors du réseau électrique ont été dotées d'un système PV. L'école du village de Nahuel Mapi, enregistrée sous le numéro 306, a été équipée d'un tel système en 1994. Durant les quatre premières années d'utilisation de ce système, on a enregistré les performances de cette installation et de plusieurs autres, ce qui a permis de démontrer leur fiabilité et leur efficacité.
La justification principale du programme d'électrification rurale dans les écoles était d'améliorer les conditions d'enseignement, ne serait-ce qu'au niveau de l'éclairage et de l'introduction de nouveaux moyens d'enseignement (télévision, magnétoscope et ordinateur) auprès des jeunes de ces régions éloignées. De plus, les conditions de logement des enseignants provenant de régions urbaines, devaient être améliorées afin d'éviter un roulement trop grand des enseignants suite aux conditions offertes dans ces postes. Des groupes électrogènes sont utilisés dans plusieurs écoles de la région. Cependant, ils sont reconnus pour leur manque de fiabilité résultant essentiellement du manque d'expérience du personnel, d'un manque d'entretien, de longues périodes d'arrêts en hiver et d'un environnement poussiéreux. Dans le cas des installations photovoltaïques, l'entretien des systèmes a aussi été identifié comme problématique mais plus facile à gérer que dans le cas des groupes électrogènes et avec des conséquences moins coûteuses en cas de défaillances.
Description du système
Les principaux composants du système photovoltaïque comprennent 8 modules photovoltaïques polycristallins, 7 accumulateurs de type acide-plomb (12 V, 110 Ah chacun) et un onduleur de 250 W à onde carrée modifiée. Le champ de modules PV et les contrôleurs sont importés alors que les autres composants et la main-d'œuvre pour l'installation du système, sont fournis directement par la société d'électricité EPEN. Les besoins d'électricité de l'école comprennent l'éclairage, une télévision, un magnétoscope, une radio-cassette et une liaison par radio-téléphone.
Leçons à tirer
Dans le monde, on estime que deux milliards d'individus n'ont pas accès à l'électricité. La plupart du temps, les communautés rurales d'une grande partie de pays en développement ne sont pas raccordées au réseau électrique.
Dans de nombreux pays, offrir des services d'éducation dans les communautés rurales est une priorité. La fourniture d'électricité permet d'améliorer considérablement les conditions d'enseignement en permettant l'éclairage ou le pompage de l'eau mais aussi en donnant accès à des moyens modernes d'enseigner, comme les cours à distance, les ordinateurs, les télécommunications et la télévision. De plus, cela permet d'attirer et de retenir dans ces communautés des enseignants compétents. Les systèmes PV ont fait la preuve d'être un moyen efficace pour atteindre ces objectifs d'électrification.
De plus, en équipant prioritairement de systèmes PV les écoles ou les dispensaires médicaux hors réseau, on fait connaître cette technologie auprès de la population locale et on en démontre l'efficacité, ce qui permet ensuite de développer le marché.
Photo
École - Photovoltaïque - Éloigné, Neuquén, Argentine
Références
Données financières
Pour la période de 25 ans sur laquelle le projet est analysé, il faut considérer un taux d'indexation du coût en combustible de 5 %, avec un taux d'inflation de 2,5 % et un taux d'actualisation de 9 %.
Les modules PV sont importés à Neuquén au coût de 8 000 $ US le kWc auquel s'ajoute une taxe sur la valeur ajoutée (TVA) de 10,5 %. Cette TVA est à un taux réduit parce qu'il s'agit d'équipement de production d'énergie renouvelable. Le taux normal de la TVA est de 21 %. Le taux de change à la fin de 2001 est 1 ARS = 1 US$.
L'expérience locale pour des applications PV similaires dans la région, montre que les batteries d'accumulateurs devront être remplacées environ tous les 3 ans.
Les plus petits groupes diesel électrogènes couramment disponibles ont une puissance de 2,5 à 3 kW et leur coût, avec un abri adéquat, est estimé à environ 3 200 ARS (incluant la TVA de 21 %). Cependant, même un aussi petit groupe électrogène excède les besoins modestes de l'école en électricité et ne fonctionne qu'entre 10 et 20 % de sa capacité. Les coûts d'entretien d'un tel groupe électrogène sont élevés compte tenu des conditions difficiles dans lesquelles ils sont utilisés et par le manque d'expérience des personnes qui en font l'entretien. Selon une étude réalisée par votre société sur l'utilisation de ces groupes électrogènes dans les écoles, les coûts d'entretien sont estimés à 500 ARS/an en moyenne, incluant les remises à neuf périodiques du moteur ou de la génératrice et les frais de déplacement. Dans les régions urbaines, le prix du carburant diesel est d'environ 0,50 ARS/l, mais ce prix peut être majoré de 50 % dans les communautés éloignées.
Préparez une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirez les faits saillants de cette analyse.
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 charge simultanée des systèmes électriques de l'école ne devrait pas excéder 0,25 à 0,5 kW. Cependant, les plus petits groupes diesel électrogènes disponibles ont généralement une capacité d'au moins 2,5 à 3 kW. Ainsi, un tel groupe électrogène ne fonctionnera qu'entre 10 et 20 % de sa capacité et son rendement énergétique sera faible avec une consommation spécifique élevée de 1,5 l/kWh.
- Dans cette étude de cas, le peso argentin (ARS) est considéré à parité avec le dollar US car ce projet et les informations sur les coûts disponibles d'équipements datent d'avant la crise financière qui a conduit à la dévaluation du peso en janvier 2002.
- Dans les deux scénarios (PV ou groupe électrogène), le travail devra être effectué par le même nombre de techniciens en provenance de la capitale provinciale pour installer l'alimentation électrique, les fils à l'intérieur de l'école, les éclairages, etc., le tout en un seul déplacement. Les coûts de transport seront considérés les mêmes pour les deux scénarios. La seule différence sera le temps, plus long au niveau de l'installation des modules PV et des accumulateurs et qui a été estimé à une valeur de l'ordre de 800 ARS. Le transport et la main-d'œuvre requises pour le remplacement périodique aux 3 ans des accumulateurs, représentent un coût supplémentaire estimé à 250 ARS.
- Un groupe diesel électrogène de qualité acceptable, avec une capacité de 2,5 ou de 3 kW vaut environ 2 700 ARS à Neuquén (TVA de 21 % comprise). Pour protéger cet équipement des intempéries, un abri extérieur, ayant un coût (matériaux, main-d'œuvre et taxes) estimé à 500 ARS, serait requis.
Résultats
Depuis 1987, Ente Provincial de Energía del Neuquén (EPEN), le fournisseur local d'électricité, société d'état de la province de Neuquén, dans le nord de la Patagonie, en Argentine, a mis en place un programme d'électrification rurale visant les écoles. En 1997, 27 écoles situées hors du réseau électrique ont été dotées d'un système PV. L'école du village de Nahuel Mapi, enregistrée sous le numéro 306, a été équipée d'un tel système en 1994. Durant les quatre premières années d'utilisation de ce système, on a enregistré les performances de cette installation et de plusieurs autres, ce qui a permis de démontrer leur fiabilité et leur efficacité.
La justification principale du programme d'électrification rurale dans les écoles était d'améliorer les conditions d'enseignement, ne serait-ce qu'au niveau de l'éclairage et de l'introduction de nouveaux moyens d'enseignement (télévision, magnétoscope et ordinateur) auprès des jeunes de ces régions éloignées. De plus, les conditions de logement des enseignants provenant de régions urbaines, devaient être améliorées afin d'éviter un roulement trop grand des enseignants suite aux conditions offertes dans ces postes. Des groupes électrogènes sont utilisés dans plusieurs écoles de la région. Cependant, ils sont reconnus pour leur manque de fiabilité résultant essentiellement du manque d'expérience du personnel, d'un manque d'entretien, de longues périodes d'arrêts en hiver et d'un environnement poussiéreux. Dans le cas des installations photovoltaïques, l'entretien des systèmes a aussi été identifié comme problématique mais plus facile à gérer que dans le cas des groupes électrogènes et avec des conséquences moins coûteuses en cas de défaillances.
Description du système
Les principaux composants du système photovoltaïque comprennent 8 modules photovoltaïques polycristallins, 7 accumulateurs de type acide-plomb (12 V, 110 Ah chacun) et un onduleur de 250 W à onde carrée modifiée. Le champ de modules PV et les contrôleurs sont importés alors que les autres composants et la main-d'œuvre pour l'installation du système, sont fournis directement par la société d'électricité EPEN. Les besoins d'électricité de l'école comprennent l'éclairage, une télévision, un magnétoscope, une radio-cassette et une liaison par radio-téléphone.
Leçons à tirer
- A long terme, un système PV peut être une solution plus avantageuse qu'un groupe électrogène pour répondre à des petits besoins d'électricité en zones rurales éloignées. De plus, il offre une alimentation électrique plus fiable, constante et acceptable au niveau environnemental, ne serait-ce qu'au niveau du bruit. La qualité du service rendu peut être une préoccupation aussi importante que les questions de coûts directs.
- Dans les deux scénarios, les coûts globaux sur le cycle de vie des systèmes PV et du groupe électrogène dépendent essentiellement des frais d'entretiens et des besoins de réparations.
- Il faut se préoccuper de la question de l'entretien de ces systèmes, ne serait-ce qu'en ce qui concerne les batteries d'accumulateurs. À Nahuel Mapi, on a fourni au personnel de l'école une formation pour assurer l'entretien des systèmes, ainsi qu'un manuel d'utilisation décrivant de manière détaillée comment effectuer cet entretien. De plus, la société d'électricité s'est arrangée pour disposer régionalement de personnels à même d'effectuer des dépannages.
- En commençant par les écoles, on a amené à faire connaître les systèmes PV à la population. Cette technologie s'applique maintenant aux maisons individuelles, ce qui contribue à consolider le marché de ce type de systèmes dans cette région.
Dans le monde, on estime que deux milliards d'individus n'ont pas accès à l'électricité. La plupart du temps, les communautés rurales d'une grande partie de pays en développement ne sont pas raccordées au réseau électrique.
Dans de nombreux pays, offrir des services d'éducation dans les communautés rurales est une priorité. La fourniture d'électricité permet d'améliorer considérablement les conditions d'enseignement en permettant l'éclairage ou le pompage de l'eau mais aussi en donnant accès à des moyens modernes d'enseigner, comme les cours à distance, les ordinateurs, les télécommunications et la télévision. De plus, cela permet d'attirer et de retenir dans ces communautés des enseignants compétents. Les systèmes PV ont fait la preuve d'être un moyen efficace pour atteindre ces objectifs d'électrification.
De plus, en équipant prioritairement de systèmes PV les écoles ou les dispensaires médicaux hors réseau, on fait connaître cette technologie auprès de la population locale et on en démontre l'efficacité, ce qui permet ensuite de développer le marché.
Photo
École - Photovoltaïque - Éloigné, Neuquén, Argentine
Références
- Alward, R., « Communications personnelles », CTEC-Varennes, 2002.
- Jimenez, A.C., Lawand, T.A., Renewable Energy for Rural Schools, NREL, 2000.
- Lawand, T.A., « Communications personnelles », Solargetics, 2002.
- Lawand, T.A., Rapallini, A., Pedro, G., Photovoltaic Systems in Patagonia, SESCI, 1998.
- Pedro, G., « Communications personnelles », 2002.
- Ross, M. and Royer, J., Photovoltaics in Cold Climates, James & James, 1999.
