4.2.1 Technologie de gazéification
Certaines technologies de gazéification sont commercialisées avec des composants répartis différemment. Sur la base de l'une des technologies utilisées au Burkina Faso, la technologie de gazéification Ankur scientific Ltd., série FBG a été considérée. Cette technologie est adaptée aux biomasses fines comme les balles riz. En outre, elle est choisie dans cette étude en raison de la disponibilité des données économiques. Le système de production d‘électricité se compose du gazogène en lit fixe co-courant lui-même, d‘une combinaison en série d'équipements de filtration: un filtre à haute température utilisant de la poudre de dolomite, deux échangeurs de chaleur à eau, un éliminateur de condensats, deux filtres secs et un filtre de sécurité. Le groupe électrogène à syngaz de marque Cummins est un moteur à allumage par étincelles couplé à un générateur (Ankur Scientific Energy Pvt Ltd., 2015). Par ailleurs, le chargement et l‘alimentation du gazogène en biomasse se font de façon manuelle au moyen d‘une poulie. A noter qu‘un petit groupe électrogène diesel est prévu pour permettre le démarrage à froid du système. Ce petit groupe est spécifique pour alimenter les auxiliaires du système de gazéification lors du démarrage à froid du système, mais n‘intervient pas dans la fourniture du service aux consommateurs.
Chapitre 4: Application des modèles d‘évaluation sur un projet de système de production d‘électricité par gazéification de biomasse en milieu rural au Burkina Faso
90
4.2.2 Capacité installée
La capacité installée est une donnée de dimensionnement du système de production. Elle est étroitement liée au profil de charge à satisfaire. Pour assurer la fiabilité et la qualité de la fourniture de l‘électricité et proposer un coût du kWh abordable aux consommateurs, il est nécessaire de chercher un compromis entre le fonctionnement optimal du système et la satisfaction client attendue. En effet, si le système est surdimensionné, il coûtera cher et ne fonctionnera pas de manière satisfaisante, car il sera soumis à des facteurs de charge faibles. S‘il est sous dimensionné dans le but d‘améliorer les facteurs de charge de fonctionnement, il ne procurera pas la satisfaction client attendue, car il y aura une incapacité à couvrir certains besoins.
Dans cette étude, le choix de la capacité de production du système est basé sur l‘hypothèse de satisfaire la puissance maximale demandée par les consommateurs au
cours de l’année ; donc dans notre cas, il s‘agit de celle enregistrée au mois de mai (350
kW) (Figure 4-3). Cependant, la Figure 4-3 indique également que la puissance appelée est le plus souvent comprise entre 95-132 kW en moyenne pour les 6 mois de données dont on dispose et la puissance minimale est 72 kW. Par ailleurs, il est vivement recommandé de ne pas faire fonctionner les groupes électrogènes (diesel, à gaz ou à syngaz) à un taux de charge inférieur à 30 % ; voire même 50 % de leur puissance maximale. En effet, à ces niveaux de taux de charge, leur rendement énergétique est fortement dégradé (plus que divisé par 2) par rapport aux conditions nominales de fonctionnement [164].
Pour éviter les interruptions et satisfaire les puissances appelées, tout en respectant les contraintes techniques de fonctionnement (le facteur de charge minimal admis), il conviendrait d‘hybrider le système de gazéification de biomasse avec un autre système de production. Le choix a porté sur l‘utilisation d‘un groupe diesel du fait qu‘il constitue le système de production le plus répandu dans les zones rurales avec des gammes étendues de puissances et une facilité de mise en œuvre.
Le but du travail est donc d‘évaluer les performances du système de production
d’électricité pour différents scénarios de dimensionnement afin d’identifier lequel est le mieux adapté pour satisfaire ces profils de charges journaliers (non moyenné).
Chapitre 4: Application des modèles d‘évaluation sur un projet de système de production d‘électricité par gazéification de biomasse en milieu rural au Burkina Faso
91
4.2.3 Différents scénarios de dimensionnement du système de production d’électricité
Les différents scénarios sont définis selon la gamme de capacité de production que propose le fabricant de la technologie de gazéification choisie (Ankur FBG). Il a été considéré douze capacités de production des équipements Ankur de 375 kWe à 125 kWe variant de 25 en 25 kW.
La capacité de production installée en système gazogène inclut un surdimensionnement d‘environ 10 % [83] par rapport à la demande à satisfaire ; cela afin de couvrir la demande des équipements auxiliaires (autoconsommation du système) et pour avoir une petite réserve pour répondre à des éventuels changements rapides de charge. En admettant un facteur de charge minimal de 30 % pour le fonctionnement du système de gazéification, la taille requise pour le groupe électrogène pour chaque puissance du gazogène est définie de l‘une des manières suivantes :
- soit par rapport à la puissance que le système gazogène ne peut pas satisfaire en situation de charge critique, c‘est-à-dire au seuil de 30 % de charge (on arrête le système biomasse et on fonctionne avec le groupe diesel). Par exemple, lorsqu‘on installe un système de gazéification d‘une puissance brute de 350 kWe (soit 315 kW de puissance nette); les puissances appelées ≤ 30 % de la puissance nette (soit ≤ 95 kWe ) seront satisfaites par un groupe diesel. Ce qui est la puissance choisie pour le groupe diesel.
- soit par rapport à la puissance nécessaire pour compléter le système gazo- électrogène : par exemple pour un système dimensionné à 200 kWe de capacité de production nette (225 kW brute) ; la capacité de production du groupe diesel complémentaire est définie à 150 kWe.
A partir de ces hypothèses, les caractéristiques du système de production d‘électricité pour les différents scénarios de dimensionnement sont récapitulées dans le Tableau 4-1.
Chapitre 4: Application des modèles d‘évaluation sur un projet de système de production d‘électricité par gazéification de biomasse en milieu rural au Burkina Faso
92
Tableau 4-1 : Différents scénarios de dimensionnement du système de production d‘électricité
Puissance du système de gazéification Puissance du groupe diesel d’hybridation Puissance totale installée du système de production
Scénario non hybride. SC 1 : 375 kW 375 kW
Scénarios hybrides SC 2: 375 kW SC 3 : 350 kW SC 4: 325 kW SC 5: 300 kW SC 6 : 275 kW SC 7: 250 kW SC 8: 225 kW SC 9: 200 kW SC 10:175 kW SC 11: 150 kW SC 12: 125 kW 100 kW 95 kW 90 kW 80 kW 100 kW 125 kW 150 kW 170 kW 190 kW 215kW 240kW 475 kW 445 kW 415 kW 380 kW 375 kW 375 kW 375 kW 370 kW 365 kW 365kW 365kW
4.2.4 Règles de fonctionnement retenues pour les différents scénarios
Dans le scénario SC1 caractérisé par une production d‘électricité basée uniquement sur la gazéification de biomasse, les contraintes techniques ne sont pas respectées. Toutes les puissances appelées sont satisfaites par le système de gazéification. Dans tous les autres scénarios hybrides SC2 à SC12, les règles de fonctionnement du système de production d‘électricité sont établies comme suit :
Chapitre 4: Application des modèles d‘évaluation sur un projet de système de production d‘électricité par gazéification de biomasse en milieu rural au Burkina Faso
93 {
La demande est couverte par le groupe diesel
La demande est couverte par le système de
gazéification.
La demande est couverte par les deux systèmes d‘énergie.
: Puissance nette demandée à une heure t ;
: Puissance électrique nette maximale du groupe électrogène à syngaz.
Ces scénarios ont été implémentés et simulés sous l‘environnement MATLAB. Les paramètres et hypothèses pour l‘évaluation des performances sont présentés dans la suite de cette section.
4.3 Paramètres et hypothèses de simulation