5.4 Choix de la meilleure solution
Au vu des résultats présentés dans la section précédente, on remarque que seules les combinaisons multi-GED en présence de SVC parviennent à satisfaire à la fois les attentes techniques, environne-mentales et économiques. En effet, nous avons remarqué que le positionnement des GED seuls ne permet pas d’assurer la stabilité en tension du réseau de Ouidah. Pour ces positionnements, la réduc-tion maximale de pertes est obtenue en cas de posiréduc-tionnement multi-GED.
Ce problème d’instabilité de tension est réglé par le SVC qui permet de ramener toutes les tensions de nœud dans la plage de valeurs admissibles. Cependant, ce dernier ne contribue que peu à la réduction des pertes.
Par ailleurs, les positionnements multi-GED en présence de SVC comblent toutes les attentes.
Le récapitulatif de ces résultats est présenté par le tableau 5.13.
TABLEAU5.13 – Récapitulatif des optimisations multi-GED en présence de SVC
Paramètres Cas de base PV+PAC+SVC PV+WG+SVC PAC+WG+SVC 3 GED+SVC
PV (kW) - 200 / 51 200 / 99 - 131 / 51 Vmin(p.u.) 0,80455/86 0,96017/76 0,97002/76 0,95993/109 0,96993/76
Noeuds instables 119 0 0 0 0
V SImin(p.u.) 0,41897/87 0,84997/77 0,88536/77 0,84909/110 0,88505/77
PT.loss(kW) 457,34588 264,37152 178,12310 249,49970 159,48801
RéductionPT.loss - 42,19% 61,05% 45,44% 65,12%
QT .loss(kVAr) 625,41503 361,73704 243,41500 341,40405 218,16875
RéductionQT.loss - 42,16% 61,07% 45,41% 65,11%
Esave (kWh/an) - 1 446 687,491 2 205 137,816 1 744 868,659 2 411 239,843
Rnette(F CFA/an) - 52 779 027,8 211 921 991,6 82 606 889,27 155 850 200,4
PRI (ans) - 8,491 5,622 6,242 4,539
VAN (F CFA) - 63 827 318,57 1 556 350 848 350 326 219,9 999 126 776,6 L’analyse de ce tableau montre que l’insertion optimale des combinaisons de GED et du SVC, dans le réseau de distribution HTA de Ouidah, contribue non seulement à l’amélioration des performances techniques, mais aussi assure la rentabilité en vu de l’augmentation de la marge de profitabilité de la SBEE.
En effet, on remarque que les pertes actives et réactives, respectivement de 457,34588 kW et 625,41503 kVAr dans le cas de base, sont nettement réduites après optimisation. Le taux maximal le réduction des pertes actives est de 65,12%, contre un taux minimal de 42,19%. Ces réductions massives des pertes en lignes, permettront de décharger les lignes, grâce aux GED qui fournissent une partie de la demande à satisfaire.
De plus, il ressort que le nombre de nœuds instables est réduit de 100% et passe ainsi de 119 à 0.
Ainsi, toutes les tensions sont dans la plage de valeurs admissibles. Cette amélioration du profil de tension est aussi confirmée par la stabilité en tension. Les valeurs de VSI ont subi des augmentations de plus de 100%. Cette performance sur la tension se justifie principalement par l’action dynamique du SVC.
Avec ces performances, le réseau de Ouidah sera moins perturbé et l’énergie fournie aux consomma-teurs sera de qualité et en quantité suffisante.
Par ailleurs, ces performances techniques contribuent à la réduction de l’énergie perdue. La valorisa-tion de cette énergie permet d’enregistrer un gain financier qui assure la rentabilité. On note alors que les quatre combinaisons étudiées ont des VAN positives. Ces projet sont donc tous rentables.
Ces combinaisons étant toutes performantes et rentables, un choix s’impose.
Pour opérer le choix de la meilleure solution parmi ces quatre combinaisons, une méthode de sélection est adoptée.
Nous procédons à un classement. Pour ce fait, six critères sont pris en compte, à savoir : le cout d’installation, la période de retour sur investissement, la VAN, la tension minimale, le VSI minimal et les pertes actives. Ces critères sont les plus pertinentes pour une prise de décision sur les plans technique et financier.
Ce classement se fera par pondération des paramètres cités. En effet, pour chacun de ces critères, on classe les solutions en fonction de leur rang. Le rang correspond au poids.
Ce classement se fait comme suit :
— pour les pertes actives, le premier rang est réservé à la solution donnant moins de pertes de puissance, c’est-à-dire celle offrant une bonne réduction des pertes actives ;
— pour les cinq autres critères, le premier rang est réservé à la solution ayant la plus grande valeur.
Ensuite, en fonction du poids total de chacune des combinaisons, nous attribuons un rang pour le clas-sement. Ainsi, la solution qui s’adapte le mieux est celle ayant le poids le plus faible.
Sur cette base, le tableau 5.13 nous montre que la combinaison impliquant le positionnement des trois GED et le SVC, est celle qui contribue le plus à la réduction des pertes. Cette combinaison conduit à une réduction de 65,12% des pertes actives, les faisant ainsi passer à 159,48801 kW. Elle est suivie, dans l’ordre, des combinaisons PV + éolienne + SVC, PAC + éolienne + SVC et PV + PAC + SVC.
Sur le plan de tension et la stabilité en tension, les meilleures performances sont obtenues après posi-tionnement de PV, éolienne et SVC. Ce posiposi-tionnement donne une tension minimale de 0,97002 p.u.
et un VSI minimal de 0,88536 p.u.
Sur le plan financier, la combinaison nécessitant le plus de fonds pour l’investissement initial est celle de PV + Éolienne + SVC. Elle est aussi celle donnant la plus grande VAN.
Le retour sur investissement le plus rapide est obtenu pour le positionnement simultané des trois GED et du SVC.
Les résultats de ce classement sont présentés dans le tableau 5.14.
TABLEAU5.14 – Classement des meilleures solutions
Critère PV+PAC+SVC PV+WG+SVC PAC+WG+SVC 3 GED+SVC
Cinst 1 4 2 3
Poids total 19 11 19 11
A l’issu de ce classement, nous obtenons deux meilleures solutions au lieu d’une. Ces deux so-lutions ont le même poids (11). Il s’agit des combinaisons PV + Éolienne + SVC et PV + PAC + Éolienne + SVC.
Pour en tirer la meilleure, nous nous basons sur le coût d’installation et les pertes actives. Sur cette base, on remarque que la dernière combinaison (PV + PAC + Éolienne + SVC) est meilleure, car moins couteuse et avec un fort taux de réduction des pertes actives.
Ainsi, à l’issu de ce travail, la solution adaptée pour l’amélioration des performances techniques du réseau de Ouidah et l’augmentation de la marge de profitabilité de la SBEE est l’intégration de trois GED (PV, PAC et éolienne) et d’un SVC. Il s’agit du positionnement d’une éolienne de 121 kW, d’une centrale photovoltaïque de 131 kW, d’un système à PAC de 700 kW et d’un SVC de 2,126 MVAr, respectivement aux nœuds 75, 51, 34 et 94 du réseau HTA de Ouidah.
Ce projet nécessite un investissement initial de 1 185 500,123 $ (707 352 358,7 F CFA). Cet investis-sement sera récupéré au bout de 4 ans 6 mois et 14 jours environ, grâce à une recette annuelle nette de 261 199,994 $ (155 850 200,4 F CFA).
5.5 Impacts du projet
La réalisation de ce travail a conduit au projet d’installation de trois GED (PV, PAC et éolienne) et d’un SVC dans le réseau de Ouidah. Cette section se consacre à l’analyse de quelques impacts du
projet.
• Impacts sur les performances techniques du réseau
Avec l’intégration multi-GED et du SVC proposée à l’issu de ce travail, les performances du réseau de Ouidah se trouvent nettement améliorées.
En effet, avec ces positionnements, il est observé une réduction des pertes actives de 65,12%.
Ainsi, elles passent de 457,34588 kW (cas de base) à 159,48801 kW. Quant aux pertes ré-actives, elles sont réduites de 65,11%. Cette réduction des pertes implique une réduction re-marquable de l’énergie annuelle perdue. L’énergie annuele sauvée est alors de 2 411 239,843 kWh. Ce qui permet de satisfaire mieux la clientèle grâce à la quantité suffisante de l’énergie disponible.
Par ailleurs, avec la minimisation des temps de coupure, il s’en suit une réduction de l’énergie non distribuée qui constitue une énorme perte pour le réseau. Sa réduction constitue donc un avantage majeur et accroît la disponibilité de l’énergie au niveau des consommateurs.
Du point de vue tension, la réalisation de ce projet permettra d’avoir des tensions nodales si-tuées dans la marge fixée par les normes. La plus faible tension obtenue est alors de 0,96993 p.u.
Aussi, la stabilité du réseau se trouve assurée. Ceci s’explique par une augmentation notable des VSI, dont la valeur minimale passe de 0,41897 p.u. à 0,88505 p.u.
• Impacts socio-économiques
Sur ce plan, on note d’abord une nette augmentation de la marge de profitabilité de la SBEE. En effet, la réduction des énergies perdues et de l’énergie non distribuée implique un gain finan-cier pour la Société Béninoise d’Energie Electrique. Avec la réduction des pertes énergétiques, la SBEE fait un bénéfice annuel net de 261 199,994 $ (155 850 200,4 F CFA).
Aussi, plus le réseau se porte mieux, plus la clientèle aura confiance en la SBEE.
Par ailleurs, la SBEE n’est pas seul bénéficiaire. En effet, du début (étude et conception) jus-qu’à la fin de ce projet, plusieurs emplois seront créés. Ce projet nécessitera une importante main d’œuvre lors de sa réalisation. Aussi, la gestion du système pendant sa durée de vie sera une opportunité pour bon nombre de personnes d’être en fonction.
De plus, la récupération et le stockage à froid des gaz (N Ox etSO2) émis par les piles à com-bustibles permettra le renforcement du secteur de fabrication des savons et désinfectants. En effet, ces substances entrent dans la fabrication de plusieurs savons et désinfectants. Ce pro-jet émet 229 183,500 g de ces gaz chaque année. Récupérés avec des techniques spécifiques (comme le stockage à froid), ils pourront être utilisés et contribueront à la création d’emploi dans le secteur de la fabrication des savons et désinfectants.
Tout ceci affectera la vie sociale et celle économique de la population béninoise, car contribuant
à la réduction du taux de chômage et de ce fait à la croissance économique et l’épanouissement de tous.
• Impacts sur l’environnement et la santé
Les GED choisis dans le cadre de ce travail sont reconnus pour leur respect de l’environnement.
Il en est de même pour le SVC.
Ainsi, le projet à réaliser contribue à la sauvegarde de l’environnement et à la lutte contre les émission des gaz à effet de serre (le monoxyde de Carbone (CO), le dioxyde de Carbone (CO2) et les Oxydes d’Azote (N Ox)).
Toutefois, on note le faible impact des éoliennes sur les oiseaux et aussi une petite émission de bruit.
De même, on note l’effet de l’émission de gaz par les PAC. En effet, les PAC contribuent à la réduction des gaz à effet de serre, par sa très faible émission. Un système à PAC émet en moyenne 0,024 g de SO2 et 0,015 g de N Ox par kWh. Ces quantités très faibles, sont négligeables devant la quantité deCO2 émise par les centrales thermiques conventionnelles à Diesel. Ces dernières émettent en moyenne 1,2 kg deCO2par kWh. De plus, ces gaz émis par les PAC sont moins toxiques que leCO2. Ce sont ces deux facteurs (très faible émission de gaz et faible toxicité des gaz) qui permettent de considérer les PAC comme des sources d’énergie propre.
Toutefois, l’exposition fréquente aux gaz émis par les PAC a un impact sur la santé humaine à long terme. En effet, une trop forte exposition entraîne l’irritation des la peau, des yeux et des troubles respiratoires. Pour ce fait, il est recommandé le port de combinaison couvrant tout le corps et le port de casque, en cas de travaux de maintenance ou d’entretien dans les postes où sont situées les piles à combustibles.
De plus, malgré l’absorption par voie respiratoire du SO2, il est rapidement hydraté. Il est largement distribué dans l’organisme et métabolisé par le foie en sulfates et sulfonâtes éliminés dans l’urine.
5.6 Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons présenté et analysé les résultats issus de notre travail. Les diverses analyses effectuées nous ont permis de montrer la nécessité d’une combinaison multi-GED et SVC pour l’amélioration de l’état du réseau de Ouidah, l’amélioration de la marge de profitabilité de la SBEE et la contribution à la lutte contre les émissions de gaz à effet de serre. Ainsi, l’étude comparative effectuée a permis de faire le choix de l’intégration d’une éolienne de 121 kW, d’un PV de 131 kW, d’un système à PAC de 700 kW et d’un SVC de 2,126 MVAr respectivement aux nœuds 75, 51, 34 et 94 du réseau. La réalisation de ce projet implique un investissement initial de sept cent sept millions trois cent cinquante-deux mille trois cent cinquante-huit virgule sept francs CFA (707 352 358,7 F
CFA). Le retour sur investissement se fera en 4 ans 6 mois et 14 jours environ, pour un gain annuel net de cent cinquante-cinq millions huit cent cinquante mille deux cent virgule quatre francs CFA (155 850 200,4 F CFA).
L’objectif de ce travail consiste à trouver les tailles et positions optimales de trois GED et d’un SVC dans un réseau radial de distribution, afin d’améliorer les performances techniques (réduction des pertes énergétiques, amélioration du profil de tension), de réduire les émissions de gaz à effet de serre et d’augmenter la marge de profitabilité de la SBEE. Ce travail a été appliqué au réseau de dis-tribution HTA de Ouidahsituée dans la DRA de la SBEE.
A cet effet, plusieurs démarches ont été menées.
Dans un premier temps, une analyse de l’écoulement de puissance du réseau de Ouidah a été faite.
La méthode utilisée, est celle du double balayage basée sur les matrices BIBC et BCBV, élaborée et validée dans le cadre de ce travail. L’analyse effectuée, a révélé que le réseau de Ouidah est sinistré.
En effet, sur ce réseau, les pertes de puissance sont excessives et le profil de tension est très dégradé.
Les pertes actives et réactives étaient respectivement de 457,34588 kW et 625,41503 kVAr. Sur les 122 nœuds du réseau,119 possèdent des tensions en dessous de la limite admissible (0,95 p.u.) et sont donc instables. La tension minimale est alors de 0,80455 p.u. au nœud 86. Cette instabilité est aussi confirmée par les valeurs des VSI, dont la valeur minimale est 0,41897 p.u. Il convient alors trouver des solutions adéquates pour améliorer ce réseau.
Pour ce fait, le choix a été porté sur la décentralisation des sources de production par les GED et l’in-sertion d’un dispositif FACTS shunt, le SVC. Les GED permettrons de réduire les pertes de puissance en ligne. Le SVC contribue à la stabilité de la tension et à la compensation de l’énergie réactive. Parmi les GED existants, nous avons retenu le PV (en raison du fort gisement solaire dont dispose le Bénin), l’éolienne (afin d’exploiter la force du vent en raison de la proximité de Ouidah de la mer) et des PAC (en raison de la faible émission de gaz). Ensuite, nous avons établi les modèles statiques de ces trois GED et du SVC, afin de les intégrer à l’algorithme d’écoulement de puissance.
Par ailleurs, la résolution du problème de taille et de positionnement des GED et SVC nécessite l’utili-sation des méthodes d’optimil’utili-sation. Celle utilisée dans le cadre de ce travail est la méthode génétique élitiste du tri non-dominé, NSGA II. Les principaux objectifs concernent la minimisation des pertes
énergétiques (active et réactive), la minimisation de la déviation de tension, la minimisation des émis-sions de gaz et la rentabilité du projet. Une fois ces objectifs formulés et les contraintes établies, nous avons procédé à l’adaptation du NSGA II afin de l’appliquer au réseau de Ouidah.
Ainsi, dans la dernière partie de ce travail, les résultats issus de l’optimisation ont été présentés. Dans cette partie, plusieurs combinaisons ont été faites. L’optimisation de la taille et du positionnement des GED seuls a permis de montrer leur capacité à réduire les pertes en ligne et leur très faible contri-bution à la stabilité de tension. Dans le cas de l’éolienne seule, on trouve une puissance de 905 kW au nœud 50. Ce positionnement a permis une réduction de 34,39% des pertes actives et 38,14% des pertes réactives. Néanmoins, le nombre de nœuds instables demeure identique au cas de base, avec une tension minimale de 0,85339 p.u. et un VSI minimal de 0,53037 p.u. Cette tendance au niveau des performances techniques a été aussi remarquée pour les positionnement multi-GED. Ainsi, le pla-cement simultané de PV et des PAC, contribue à une réduction des pertes de 41,42%, mais demeure toujours inefficace pour l’amélioration du profil et de la stabilité de tension. Toutefois, les résultats de la combinaison multi-GED étant meilleurs que ceux des positionnements mono-GED, le positionne-ment multi-GED a été retenu.
Quant au SVC, l’optimisation de sa taille et de son positionnement permet de confirmer sa forte contribution à l’amélioration du profil de tension et donc à la stabilité en tension du réseau. En effet, en présence d’un SVC de 3,523 MVAr au nœud 72, on note que tous les nœuds ont leurs tensions dans la plage de valeurs admissibles. Cette stabilité est confirmée par le VSI dont la valeur minimale est de 0,88651 p.u. Cependant, le SVC n’a pas un fort impact sur le transit de puissance en vue de la réduction des pertes.
Avec ces résultats, la nécessité d’une combinaison multi-GED avec le SVC s’est imposée. Au nombre de quatre, ces différentes combinaisons sont : PV + PAC + SVC, PV + éolienne + SVC, PAC + éo-lienne + SVC , et PV + PAC + éoéo-lienne + SVC. Avec chacune de ces combinaisons, les objectifs fixés ont été atteints. Les pertes de puissance ont été fortement réduites et la stabilité en tension assurée. De même, pour chacune de ces combinaison, la valorisation de l’énergie sauvée a permis de confirmer la rentabilité économique.
Afin de choisir la meilleure combinaison pour le réseau de Ouidah, une étude comparative a été né-cessaire. Cette étude s’est focalisée sur certains critères dont essentiellement les pertes actives, le coût d’installation, la VAN, la tension minimale. Sur cette base, il ressort que la meilleure solution est celle intégrant une éolienne de 121 kW au nœud 75, un PV de 131 kW au nœud 51, un système à PAC de 700 kW au nœud 34 et un SVC de 2,126 MVAr au nœud 94 du réseau. La mise en œuvre de ce projet contribue àune réduction de 65,12% des pertes actives et de 65,11% des pertes réactives.
Ainsi, avec l’intégration de ces trois GED et du SVC dans le réseau de Ouidah, les pertes actives et réactives seront respectivement de 159,48801 kW et 218,16875 kVAr. Aussi, on noteune améliora-tion du profil de tension. Tous les nœuds ont leurs tensions dans la plage de valeurs admissibles, avec pour valeur minimale 0,96993 p.u. Cette nette amélioration du profil de tension implique la stabilité en tension du réseau, avec pour valeur minimale du VSI, 0,88505 p.u. Ce projet, rentable et avec de très
bonnes performances techniques, sera réalisé avec un investissement initial desept cent sept millions trois cent cinquante-deux mille trois cent cinquante-huit virgule sept francs CFA (707 352 358,7 F CFA).Le retour sur investissement se fera en 4 ans 6 mois et 14 jours environ, pour un gain annuel net de cent cinquante-cinq millions huit cent cinquante mille deux cent virgule quatre francs CFA (155 850 200,4 F CFA).
A l’issu de ce travail, il est à retenir que l’optimisation de la taille et du positionnement multi-GED en présence du SVC, contribuent à une réduction des pertes en ligne, une amélioration du profil de tension et la stabilité en tension du réseau. La prise en compte de la rentabilité dans l’optimisation, permet d’obtenir des solutions à la fois performantes et rentables.
Ces résultats obtenus, montrent que la méthode utilisée est efficace. Il est souhaitable de mettre en œuvre cette étude, et de l’étendre à d’autres réseaux de distribution HTA de la SBEE.
Par ailleurs, les divers travaux effectués au cours de cette étude et les résultats obtenus, conduisent à quelques perspectives, notamment :
— l’étude de la stabilité statique et dynamique en présence de GED et de FACTS ;
— l’étude de la reconfiguration d’un réseau de distribution en présence de GED et de FACTS ;
— l’étude de l’insertion optimale multi-GED et du SVC, en fonction du profil de charge.
[1] Léré Mitterand Deguenon,« Optimisation de la marge de stabilité de tension d’un réseau élec-trique par insertion de D-FACTS à l’aide du NSGA-II : cas du départ de Cotonou 4 », p.117, UAC-EPAC, 2017-1018.
[2] Boubakeur Hadji, « Contribution à l’Amélioration de l’Efficacité des Réseaux Electriques par
[2] Boubakeur Hadji, « Contribution à l’Amélioration de l’Efficacité des Réseaux Electriques par