Etude technico-économique d’une mini-centrale solaire photovoltaïque

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École Polytechnique d’Abomey – Calavi

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DEPARTEMENT DE GENIE ÉLECTRIQUE

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Option: Énergie Électrique

MEMOIRE DE FIN DE FORMATION POUR L’OBTENTION DU DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION EN ENERGIE ELECTRIQUE

THEME :

Etude technico-économique d’une mini-centrale solaire photovoltaïque : cas d’électrification du village de Fètèkou.

LEGBASSI Tolomè Hortense

Soutenu le 23 décembre 2016 devant le jury composé de :

Dr Robert HANGNILO, enseignant à l’EPAC (Président).

Dr Luc NASSARA, Enseignant à l’EPAC (Maître de mémoire).

M. Gratien D. CODJO, Directeur Technique du Groupement ASEMI (Examinateur).

Dr. Macaire AGBOMAHENA, enseignant à l’EPAC (Examinateur).

Rédigé et présenté par :

Année académique 2015-2016 9^ème Promotion

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Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI i Dédicaces

Je dédie ce travail,

 A Dieu, le père Tout Puissant pour sa grâce, sa bonté infinie, le courage, la force, la santé parfaite, les moyens de travail, dont il m’a gratifié et les innombrables bienfaits qu'il me réserve. Que son saint nom soit loué pour l’éternité !

 A mon père LEGBASSI Parfait, qui n’a ménagé aucun effort pour l’éducation de ses enfants, qui a toujours su me mettre en confiance face aux difficultés de la vie et qui m’a donné l’amour et le soutien nécessaires tout au long de ma formation. Ce travail est pour lui prouver que ses efforts ne sont pas vains.

 A ma très chère mère TCHATCHABLOUKOU Célestine, la vie, l’assistance, les conseils, les prières et tous les soutiens de tous genres que tu m’as donnés se manifestent ici, dans ce travail. Merci et merci brave maman.

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Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI ii Nous présentons ici notre profonde gratitude à tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué d’une manière ou d’une autre que ce travail aboutisse. Nous tenons à adresser nos sincères remerciements à vous :

 Pr. Mohamed M. SOUMANOU, Directeur de l’EPAC pour votre dévouement vis-à-vis de notre école;

 Pr. Clément AHOUANNOU, Directeur Adjoint de l’EPAC pour tous les efforts consentis à l’ égard de notre formation ;

 Dr. Théophile HOUNGAN, Chef du Département de Génie Electrique de l’EPAC, pour votre détermination à nous offrir une formation de qualité ;

 Dr Luc NASSARA, enseignant à l’EPAC, Maître de mémoire, pour votre extrême dévouement et votre encadrement tout au long de ce travail ;

 M. Hypolite HOUNNOU, Doctorant, pour votre encadrement et tous vos efforts ;

 Monsieur Félix C. EBO, PDG du GROUPEMENT ASEMI pour sa disponibilité et les conseils prodigués tout au long de la rédaction de ce document ;

 M. Gratien D. CODJO, Directeur Technique du Groupement ASEMI, notre tuteur de stage, pour votre encadrement au cours de notre stage ;

 Professeurs du département de Génie Électrique qui avez participé à la réussite de notre formation ;

 M. Jean- Luc ABAÏ, M. Narcisse LANTEYI, M. Ibrahim KOUTAROU, M.

Mathieu ADJANON, Ingénieurs au Groupement ASEMI pour tous vos efforts et contributions à la réussite de notre stage ;

 Membres du Laboratoire LETIA ;

 Techniciens du laboratoire de Génie Electrique, pour tous les efforts consentis au cours de notre formation ;

 Membres du personnel du Groupement ASEMI ;

 Pasteur ASSIADOME Joseph pour votre soutien indéfectible ;

 Mes frères et sœurs, pour l’amour fraternel et vos conseils ;

 Mes oncles et tantes pour vos soutiens ;

 Fidèles de l’église EPEJ, pour votre amour fraternel ;

 Mes amis ;

 Camarades et amis de la 9^ème promotion d’Ingénieurs de conception de l’EPAC pour l’atmosphère de fraternité qui a régné au cours de notre formation.

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Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI iii

Dédicaces ... i

Remerciements ... ii

Sommaire ... iii

Liste des figures ... v

Liste des tableaux ... vi

Liste des abréviations ... vii

Résumé ... viii

Abstract ... ix

Introduction générale ... 1

1. CHAPITRE 1: Présentation du village Fètèkou et estimation de sa demande en énergie électrique. ... 4

Introduction ... 4

1.1. Cadre physique de Fètèkou ... 4

1.2. Caractéristiques du village ... 8

1.3. Secteur concerné par l’électrification de Fètèkou ... 9

1.4. Estimation de la demande en énergie électrique de Fètèkou ... 10

1.5. Evaluation de la consommation en énergie électrique de Fètèkou dans 25 ans ... 23

Conclusion ... 25

2. CHAPITRE 2 : Généralités sur les systèmes solaires photovoltaïques ... 27

Introduction ... 27

2.1. La cellule photovoltaïque ... 27

2.2. Les différentes technologies de cellules ... 28

2.3. Le module photovoltaïque ... 30

2.4. Les différentes installations photovoltaïques ... 33

2.5. Description des éléments du système solaire photovoltaïque autonome ... 35

Conclusion ... 40

3. CHAPITRE 3 : Dimensionnement de la mini-centrale solaire photovoltaïque autonome et du réseau de distribution d’énergie électrique de Fètèkou. ... 42

Introduction ... 42

3.1. Cahier de charge de la mini-centrale ... 42

3.2. Méthodologie du dimensionnement ... 43

3.3. Dimensionnement de la mini-centrale photovoltaïque autonome ... 44

3.4. Protections du système ... 58

(5)

Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI iv

3.6. Construction du réseau de distribution ... 63

Conclusion ... 74

4. CHAPITRE 4 : Analyse financière du projet d’électrification par mini-centrale solaire photovoltaïque du villageFètèkou. ... 76

Introduction ... 76

4.1. Evaluation du cout d’investissement initial de la mini-centrale ... 76

4.2. Coût d’investissement de la mini-centrale sur sa durée de vie ... 78

4.3. Rentabilité du projet ... 80

4.4. Impact socio-économique et environnemental du projet ... 81

4.5. Analyses et discussions ... 82

Conclusion ... 83

Conclusion générale ... 84

Références bibliographiques ... 85

Table des matières ... 87 ANNEXES ... b

(6)

Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI v

Figure 1.1 : Carte de la commune de Kérou montrant Fètèkou ... 5

Figure 1.2 : Image du trajet Cotonou-Fètèkou [Google Maps] ... 6

Figure 1.3 : Courbe de la variation moyenne mensuelle de l’ensoleillement de Fètèkou ... 7

Figure 2.1 : Principe de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque ... 28

Figure 2.2 : Présentation d’une cellule photovoltaïque monocristallin ... 28

Figure 2.3 : Présentation d’une cellule photovoltaïque poly-cristallin ... 29

Figure 2.4 : Présentation d’une cellule photovoltaïque amorphe ... 29

Figure 2.5 : Assemblage en série : un courant unique limité par la diode la moins éclairée ... 31

Figure 2.6 : Assemblage en parallèle : une tension unique limitée par la diode la moins éclairée ... 31

Figure 2.7 : Assemblage série – parallèle ... 31

Figure 2.8 : Exemple d’un assemblage en série parallèle avec diode de protection ... 32

Figure 2.9 : Schéma simplifié d’une installation photovoltaïque autonome ... 35

Figure 2.10 : Constitution d’un champ photovoltaïque ... 36

Figure 3.1 : Principe d’orientation et d’inclinaison d’un module PV ... 48

Figure 3.2 : Schéma de montage de la mini-centrale photovoltaïque autonome ... 62

Figure 3.3 : Exemple d’une ligne électrique avec les éléments mécaniques ... 65

Figure 3.4 : Image des différents armements utilisés ... 69

Figure 3.5 : Image de réalisation de mise à la terre ... 70

(7)

Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI vi

Tableau 1-1 : Données géographiques de Fètèkou [2] ... 7

Tableau 1-2 : Caractéristique démographique de Fètèkou ... 8

Tableau 1-3 : Résultat de l’évolution démographique ... 12

Tableau 1-4 : Profil de charge pour un ménage moyen ... 14

Tableau 1-5 : Profil de charge pour un ménage aisé ... 15

Tableau 1-6 : Profil de charge pour consommation du secteur professionnel ... 16

Tableau 1-7 : Profil de charge pour l’école primaire ... 17

Tableau 1-8 : Profil de charge pour le centre de santé ... 17

Tableau 1-9 : Profil de charge pour éclairage public ... 18

Tableau 1-10 : Choix de la pompe électrique ... 19

Tableau 1-11 : Profil de charge pour le pompage d’eau ... 19

Tableau 1-12 : Profil de charge pour un lieu de culte ... 20

Tableau 1-13: Profil de charge pour autre consommation ... 20

Tableau 1-14 : Résultat de l’évaluation de la consommation journalière ... 23

Tableau 1-15 : Résultat de l’évaluation de la consommation en énergie électrique ... 25

Tableau 2-1 : Tableau comparatif des technologies de cellules photovoltaïque [10] ... 30

Tableau 2-2 : Caractéristiques techniques d’un module photovoltaïque [12] ... 33

Tableau 2-3 : Quelques accumulateurs existant sur le marché [14] ... 37

Tableau 3-1 : Résultat du dimensionnement du champ PV ... 47

Tableau 3-2 : Caractéristiques électriques de différentes gammes d’onduleur SMA ... 50

Tableau 3-3 : Tableau de vérification ... 50

Tableau 3-4 : Résultat du dimensionnement du système de stockage ... 53

Tableau 3-5 : Résultat du dimensionnement de l’onduleur chargeur ... 55

Tableau 3-6: Longueur des câbles entre composants ... 56

Tableau 3-7 : Résultat du choix des câbles DC ... 57

Tableau 3-8 : Equipements à utiliser ... 61

Tableau 3-9 : Résultat du dimensionnement du réseau de distribution ... 71

Tableau 4-1 : Coût de construction du réseau de distribution ... 77

Tableau 4-2 : Résultat de l’évaluation du coût d’investissement initial... 78

Tableau 4-3 : Composants et leurs durées de vie ... 79

Tableau 4-4 : Résultat du coût d’investissement de la mini-centrale sur sa durée de vie ... 79

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Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI vii

A : Ampère ;

AC : Courant alternatif ;

Ah : Ampèreheure ;

BT Basse Tension ;

𝐜𝐨𝐬 𝝋 : Facteur de puissance ;

daN : déca Newton ;

°C : Degré Celsius ;

DC : Digital Current (Courant continu);

EP : Eclairage publique ;

GPV : Générateur PhotoVoltaïque Groupement

ASEMI

: Groupement de Africa Solar Energy et de Miert International ;

INSAE : Institut National de la Statistique et de l’Analyse Economique ; Isc : Short circuit current ;

Kg : Kilogramme ;

kW ^: Kilowatts ;

kWc : Kilowatt crête ; kWh : Kilowattheures ;

kWh/j : Kilowattheures par jour ; LCD ^: Liquid Crystal Display ;

m : Mètre ;

MPPT : Maximum Power Point Tracking ;

PROVES : PROjet de Valorisation de l’Energie Solaire ;

PV : PhotoVoltaïque ;

PWM : : Pulse Width Modulation ;

RGPH : : Recensement Général de la Population et de l’Habitation ; SBEE : Société Béninoise d’Energie électrique ;

SMA : System-, Mess- und Anlagentechnik (technique des systèmes, de mesure et des équipements);

TGBT : Tableau Général Basse Tension ; USB : Universal Serial Bus ;

V : Volt ;

W: : Watt;

Wh ^: Wattheure.

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Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI viii Le présent document porte sur l’électrification rurale décentralisée par une mini-centrale solaire photovoltaïque autonome : cas du village Fètèkou. Ce village non encore électrifié a bénéficié d’une mini-centrale solaire photovoltaïque de 40 kWc du projet PROVES (PROjet de Valorisation de l’Energie Solaire). Le faite que cette puissance de 40kWc est insuffisante par rapport à sa demande en énergie électrique, nous a motivé à évaluer le besoin en énergie électrique actuel du village Fètèkou, faire une projection de cette énergie sur 25 ans et de dimensionner la mini-centrale et le réseau électrique de distribution en conséquence. La demande actuelle en énergie électrique de Fètèkou est de 1176,704 kWh/j et sera de 1983,759 kWh/j en 2041. La mini-centrale peut être installée en deux étapes: la première étape consiste à installer une première mini-centrale pour satisfaire la demande actuelle et la deuxième étape consiste à compléter la première mini- centrale après 12 ans pour satisfaire à la demande jusqu’en 2041. Le coût global du projet s’élève à 1.474.782.650 FCFAet le prix du kilowattheure de l’énergie produite s’élève à 101,23 FCFA. En fixant le prix de vente du kilowattheure à 200 FCFA, nous obtenons une période de retour sur investissement de 12 ans. On conclut que le projet est techniquement réalisable et économiquement rentable.

Mots clés: Mini-centrale photovoltaïque - Electrification rurale - Réseau de distribution.

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Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI ix This document deals with decentralized rural electrification by an autonomous solar photovoltaic power plant: case of Fètèkou village. Indeed

“Fètèkou” is a village in “Kérou” commune (Atacora department). This village, not yet electrified, got a 40 kWp power plant from PROVES (Solar Energy Valorisation PROject) project. The fact that this power of 40 kWp is insignificant compared to “Fètèkou” population demand in energy, motivated us to evaluate the actual electricity demand, in order to project this energy over 25 years and to size the power station and distribution network accordingly. In 2016, Fètèkou demands in electrical energy are 1176,704 kWh/day and we estimate the demand to be about 1983,759 kWh/day in 2041. The plant can be installed in two stages:

the first step will consist in installing a first plant to satisfy the current demand and in the second stage it will be completed after 12 years to satisfy the demand until 2041. The overall cost of the project is 1.474.782.650 FCFA and 101.23 FCFA per kilowatt hour - Energy produced. When we consider the selling price of one kilowatt hour as 200 FCFA, it leads us to find 12 years as period of return on investment. It is concluded that the project is technically and economically viable.

Key words: Photovoltaic power plant - Rural electrification - Distribution network

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Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI 1 La satisfaction des besoins en énergie électrique est un défi de grande importance pour le développement d’une nation. En effet, la demande en énergie électrique du monde actuel ne cesse d’augmenter. Les pays en voie de développement ont besoin de plus en plus d’énergie électrique pour atteindre les objectifs de développement durable.

Particulièrement au Bénin, la croissance démographique, les activités du Port Autonome de Cotonou et les activités économiques de la population sont des facteurs qui participent à l’accroissement de la demande en énergie électrique.

Puisque le Bénin ne dispose pas d’assez d’infrastructure en énergie électrique pour satisfaire cette demande, il se créé un déficit de l’offre par rapport à la demande. La conséquence immédiate est que le réseau de distribution public d’énergie électrique se trouve surcharger. Le distributeur public d’électricité : la Société Béninoise d’Energie Electrique est donc dans l’obligation de délester certains consommateurs, entrainant un ralentissement des activités économiques.

Il lui est alors très difficile de construire de nouveau réseau pour raccorder les zones isolées.

Cette situation fait que le développement d’autres sources de production d’énergie électrique s’avère nécessaire. Ces sources auront l’avantage de décharger le réseau public et de rendre les consommateurs autonomes vis-à-vis du réseau électrique public. Vu l’ensoleillement au Bénin, l’énergie photovoltaïque devient de plus en plus une solution parmi les options énergétiques prometteuses avec des avantages comme l’abondance, l’absence de toute pollution et la disponibilité en plus ou moins grandes quantités.

Ainsi plusieurs projets parmi lesquels figure le projet PROVES (PROjet de Valorisation de l’Energie Solaire) ont été lancés par le gouvernement dans le but d’améliorer les conditions de vie des populations. Plusieurs villages ont bénéficié de ce projet dont le village Fètèkou : le site choisi pour la présente étude.

En effet Fètèkou, un village non encore électrifié situé au nord du Bénin a bénéficié d’une mini-centrale solaire photovoltaïque de 40 kilowatt crête (kWc) du projet PROVES (PROjet de Valorisation de l’Energie Solaire). La réalisation de la mini-centrale est laissée à la charge du Groupement ASEMI (l’entreprise dans laquelle nous avons fait notre stage). Cette puissance de 40 kilowatts est fixée sans étude préalable sur le besoin en énergie électrique du village Fètèkou.

Même sans étude on pourrait démontrer que cette puissance est insuffisante par

(12)

Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI 2 s’intéresse à la demande réelle en énergie électrique de la population de Fètèkou afin de prouver que cette mini-centrale PV de 40kWc ne pourrait pas satisfaire à la demande en énergie électrique de Fètèkou et aussi de faire des prévisions pour un agrandissement de la mini-centrale dans le temps selon l’évolution des besoins.

Ainsi le but de ce mémoire est de faire une « Etude technico-économique d’une mini-centrale solaire photovoltaïque autonome : cas d’électrification du village Fètèkou». Cette étude pourra être utilisée sur d’autres villages.

Suite à cela, le présent document décrit l’essentiel de notre travail subdivisé en quatre (04) chapitres. Après une présentation du village Fètèkou et une évaluation de sa demande en énergie électrique dans le premier chapitre, s’en suit le deuxième chapitre qui consistera à faire l’état de l’art sur les systèmes solaires photovoltaïques. Le troisième chapitre sera consacré au dimensionnement de la mini-centrale PV et du réseau électrique de distribution. Enfin, le quatrième chapitre sera réservé à l’analyse financière et l’impact socio-économique et environnemental du projet.

(13)

Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI 3 Chapitre 1 :

Présentation du village Fètèkou et estimation de sa demande en énergie électrique

(14)

Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI 4 1. CHAPITRE 1: Présentation du village Fètèkou et estimation

de sa demande en énergie électrique.

Introduction

Le village Fètèkou est un village du nord bénin non encore électrifié. Nous allons présenter dans ce chapitre les caractéristiques physique, démographique et économique, ainsi que les principaux secteurs concernés par l’électrification du Fètèkou.

1.1. Cadre physique de Fètèkou

1.1.1. Situation géographique de Fètèkou [1]

Située au Nord-Ouest du Bénin dans le département de l’Atacora, la Commune de Kérou est limitée :

 au Nord par la République du Burkina Faso ;

 au Nord-Ouest par la commune de Tanguiéta ;

 au Sud par la commune de Péhunco;

 au Sud-Est par la commune de Sinendé ;

 à l’Est par les communes de Banikoara et de Gogounou;

 à l’Ouest par la commune de Kouandé.

Elle compte quatre (04) arrondissements dont l’arrondissement de Kérou. Ce dernier compte 12 villages dont Fètèkou : le site choisi pour notre étude.

(15)

Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI 5

Figure 1.1 : Carte de la commune de Kérou montrant Fètèkou

(16)

Figure 1.2 : Image du trajet Cotonou-Fètèkou [Google Maps]

(17)

Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI 7 1.1.2. Données géographiques

Les données géographiques de Fètèkou se résument dans le tableau 1.1.

Tableau 1-1 : Données géographiques de Fètèkou [2]

Données géographiques

Latitude 10,7993300°N

Longitude 2,1804400 °E

1.1.3. Données météorologiques

L’angle d’inclinaison optimale pour Fètèkou est 15° (logiciel en ligne PVGIS). Les valeurs moyennes mensuelles de l’ensoleillement du village Fètèkou sont présentées sur la figure suivante ci-dessous.

Figure 1.3 : Courbe de la variation moyenne mensuelle de l’ensoleillement de Fètèkou

1.1.4. Climat et sol de Fètèkou

A Fètèkou, le climat est caractérisé par une saison de pluie, allant de mi- avril à mi-octobre, et une saison sèche allant de mi-octobre à mi-avril. La

6,71 6,8 7,12

6,07 5,71

5,29 4,77 4,62 5,37

6,33 6,57 6,51

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Ensoleillement solaire (kWh/m2 /j)

Mois

Variation mensuel de l'ensoleillement de Fètèkou

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Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI 8 température moyenne varie entre 25°C en août et 31°C en avril. L’harmattan, un vent froid et sec, souffle entre décembre et mi-mars entraînant parfois une amplitude thermique de plus de 10°C [3].

Fètèkou dispose de trois types de sols à savoir les sols ferrugineux tropicaux, les sols ferralitiques rencontrés dans les zones marécageuses et les sols noirs très riches rencontrés dans les zones des forêts classées.

1.2. Caractéristiques du village

1.2.1. Caractéristiques démographiques de Fètèkou

Les Recensements Généraux de la Population et de l’Habitation (RGPH2, RGPH3 et RGPH4) publiés respectivement en 1992 [4], en 2002 [5] et en 2012 [6] par l’INSAE fournissent les caractéristiques démographique de Fètèkou (tableau 1.2).

Tableau 1-2 : Caractéristique démographique de Fètèkou Année Nombre

de ménage

Taille de la population

Population Taille des ménages

Taux d’accroissement Masculin féminin

1992 - 3522 - - - 2,22%

2002 438 4836 2144 2242 10,0 3,2%

2012 515 5629 2756 2756 10,9 1,53%

1.2.2. Activités économiques

L’économie de Fètèkou à l’instar de la plus part des villages du Nord du Bénin repose sur les activités du secteur primaire, en particulier l’agriculture (maïs, riz, arachide, coton, tubercules, céréales etc…). Les activités comme:

élevage (bovins, ovins, caprins, volailles), chasse, pêche etc... permettent aussi aux populations de subvenir à leur besoins vitaux.

(19)

Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI 9 L’industrie est encore au stade embryonnaire et se caractérise par de petites entreprises d’artisans que sont les forgerons, les potiers et les tisserands.

On compte cinq (5) ateliers de coiffure, sept (7) ateliers de tresse et quatre (4) ateliers de couture.

Le commerce n’est pas développé, nous comptons cinq (5) centres de commerce à Fètèkou.

1.2.3. Services sociaux de Fètèkou Le village Fètèkou dispose :

 d’une école primaire publique constituée de 9 salles dont 8 salles de classe et une direction ;

 d’un centre de santé constitué de deux bâtiments de 4 chambres 1 pour la maternité et 1 pour le dispensaire ;

 un magasin de stockage agricole ;

 une salle de loisir (maison des jeunes) ;

 cinq (5) mosquées ;

 et de deux (2) églises 1.2.4. Types d’énergie utilisée

La population de Fètèkou utilise la pile, le bois, le charbon de bois et les hydrocarbures notamment le pétrole, gas-oil pour les moulins, l’essence pour les groupes électrogènes [1].

1.3. Secteur concerné par l’électrification de Fètèkou

L’électrification interviendra au niveau de quatre secteurs de consommation d’énergie électrique:

(20)

Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI 10 1.3.1. Consommation du secteur domestique

Ce secteur regroupe les ménages. Les abonnés de ce secteur font usage de l'énergie électrique dans le but essentiel de satisfaire leurs besoins domestiques.

1.3.2. Consommation du secteur professionnel

Ce secteur regroupe l'ensemble des commerçants et artisans utilisant l'énergie électrique pour la transformation de leurs produits et /ou la promotion de leurs services.

1.3.3. Consommation du secteur public

Ce secteur comprend les administrations étatiques, les postes de police, les écoles publiques, l’éclairage publique et structures sanitaires publiques.

1.3.4. Consommation d’autres secteurs

Ce secteur concerne toutes sortes de consommation qui n’ont pas pu être classées dans les précédentes.

1.4. Estimation de la demande en énergie électrique de Fètèkou

La première étape dans la mise sur pied d’une mini-centrale est l’estimation de la puissance électrique qu’il faut pour satisfaire la demande. Afin d’avoir une idée précise sur l’état de la demande, il est indispensable de dresser le bilan de puissance du village et d’évaluer sa consommation journalière.

1.4.1. Evolution démographique de Fètèkou

Il s’agit d’estimer la taille de la population, le nombre de ménage ainsi que les ménages demandeurs potentiels d’énergie électrique.

1.4.1.1. Evolution de la population

Connaissant la taille de la population de Fetekou en 2012 nous pouvons évaluer sa taille en 2016. Il existe plusieurs méthodes pour faire la projection d’une population sur une année donnée. Nous avons utilisé la méthode

(21)

Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI 11 d’accroissement par formule géométrique (formule 1.1) pour estimer la taille de la population de Fètèkou en 2016.

𝑷 = 𝑷_𝒐(𝟏 + 𝒕_𝟏)^𝒂 [7] (1.1) Avec :

P: la taille de la population de Fètèkou en 2016

P_o: la taille de la population de Fètèkou en 2012

𝑡₁ : le taux d’accroissement de la population (nous avons choisi le taux d’accroissement de la population au Bénin qui est de 3,5%) [6]

𝑎: la différence entre l’année 2016 et l’année 2012

1.4.1.2. Evolution du nombre de ménage La formule (1.2) permet d’évaluer le nombre de ménages de Fètèkou en 2016 à

partir du nombre de ménage en 2012.

𝑴 = 𝑴_𝒐(𝟏 + 𝒕_𝟐)^𝒂 [7] (1.2) Avec :

M : Nombre de ménages en 2016 M_o: Nombre de ménages en 2012

t₂: Taux d’accroissement des ménages qui est de 4% ici [6]

1.4.1.3. Evolution du nombre de demandeurs potentiels d’énergie électrique

Le nombre de demandeurs potentiels peut être évalué par la formule (1.3).

𝐃 = 𝐌 × 𝐭_𝟑 [7] (1.3) D : Nombre de demandeurs potentiels d’énergie ;

M : Nombres de ménages en 2016 ;

(22)

Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI 12 t₃ : Taux de demande d’énergie électrique en milieu rural qui est de 13,7%

au Bénin [14].

1.4.1.4. Résultat de l’évolution démographique Les résultats sont présentés dans le tableau 1.3.

Tableau 1-3 : Résultat de l’évolution démographique

1.4.2. Bilan de puissance du village

Un bilan de puissance peut se définir comme étant une évaluation de la puissance des équipements électriques que possèdent tous les utilisateurs du village. Ainsi, en se référant aux données collectées dans le village, nous avons dressé le bilan de puissance totale du village.

En effet, il est question pour nous de répertorier au niveau des différents utilisateurs possédant des groupes électrogènes, les puissances électriques des différents récepteurs existants et de proposer aux utilisateurs n’en possédant pas, en fonction des besoins exprimés les équipements électriques susceptibles d’améliorer leurs conditions de vie existentielles une fois qu’ils auront accès à l’électricité. Nous avons réuni dans des tableaux la puissance et le temps d’utilisation de chaque appareil. Ce qui nous a permis de calculer la consommation journalière de chaque utilisateur C_ju, et la consommation journalière du village C_jv par les formules (1.4) à (1.9).

Population Nombre de ménages

Nombre de ménages demandeurs potentiels

d’énergie Taux

Année

3,5% 4% 13,7%

2012 5629 515 71

2016 6 460 603 83

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Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI 13 Soient P_ik la puissance de chaque équipement électrique i, n_ik le nombre d’équipement i. La puissance totale P_tik de l’équipement i de l’utilisateur k est donnée par la relation (1.4).

𝐏_𝐭𝐢𝐤 = 𝐏_𝐢𝐤 × 𝐧_𝐢𝐤 (1. 4) 𝟒^è𝒎𝒆 𝒄𝒐𝒍𝒐𝒏𝒏𝒆 Soient t_jik la durée d’utilisation de l’équipement i dans la journée, t_nik la durée d’utilisation de l’équipement i dans la nuit par l’utilisateur k. La consommation journalière 𝑪_{𝒋𝒋𝒊𝒌} en énergie électrique de l’équipement i de l’utilisateur k dans la journée est donnée par :

𝐂_{𝐣𝐣𝐢𝐤} = 𝐏_𝐭𝐢𝐤 × 𝐭_𝐣𝐢𝐤 (1.5) 7^ème colonne La consommation journalière 𝑪_{𝒋𝒏𝒊𝒌} en énergie électrique de l’équipement i de l’utilisateur k dans la nuit est donnée par :

𝐂_{𝐣𝐧𝐢𝐤} = 𝐏_𝐭𝐢𝐤 × 𝐭_𝐧𝐢𝐤 (1.6) 8^ème colonne La puissance 𝑃_𝑢𝑘 demandée par un utilisateur k est calculée par :

𝐏_𝐮𝐤 = ∑_𝐢=𝟏𝐏_𝐭𝐢𝐤 (1.7) dernière ligne 4^ème colonne La consommation journalière 𝐶_{𝑗𝑗𝑢𝑘} en énergie électrique d’un utilisateur k dans la journée est donnée par :

𝐂_{𝐣𝐣𝐮𝐤} = ∑_𝐢=𝟏𝐂_{𝐣𝐣𝐢𝐤} (1.8) dernière ligne 7^ème colonne La consommation journalière 𝐶_{𝑗𝑛𝑢𝑘} en énergie électrique d’un utilisateur k dans la nuit est donnée par :

𝐂_{𝐣𝐧𝐮𝐤} = ∑_𝐢=𝟏𝐂_{𝐣𝐧𝐢𝐤} (1.9) dernière ligne 8^ème colonne Pour faciliter notre travail, nous avons dans un premier temps dressé séparément le bilan de puissance des différents secteurs de consommation avant de faire un bilan de puissance globale pour le village.

1.4.2.1. Consommation du secteur domestique

Ici nous avons classé les ménages en deux catégories à savoir les ménages moyens et les ménages demandeurs potentiels que nous allons qualifier de

(24)

Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI 14 ménages aisés. Ainsi nous avons défini le profil de charge pour un ménage moyen (tableau 1.4) et celui d’un ménage aisé (tableau 1.5). Il y a environ onze (11) personnes par ménage (d’après tableau 1.2) avec une moyenne de deux (2) femmes au foyer et un (1) père de famille [8].

Tableau 1-4 : Profil de charge pour un ménage moyen Equipement Nombre Puissance

(W)

Puissance totale (W)

Durée d’utilisation (h/j)

Energie journalière

(Wh/j) Jour

(8-18h)

Nuit (18-8h)

Jour (8-18h)

Nuit (18-8h) Poste TV

(Sharp) 1 65 65 2 3 130 195

Radio K7 1 16 16 2 2 32 32

Lampe LED 8 5 40 1 4 40 160

Lampe LED

(extérieur) 2 5 10 10 0 100

Portable 6 4 24 3 3 72 72

Ventilateur 3 40 120 3 3 360 360

Lecteur DVD 1 20 20 2 3 40 60

Bilan ménage

moyen - - 295 - - 674 979

(25)

Tableau 1-5 : Profil de charge pour un ménage aisé Equipement Nombre Puissance

(W)

(Wh/j) Jour

(8-18h)

Nuit (18-8h)

Jour (8-18h)

Nuit (18-8h) Poste TV

(Sharp) 1 65 65 2 3 130 195

Radio K7 1 16 16 2 2 32 32

Lampe LED 8 5 40 1 4 40 160

Lampe LED

(extérieur) 2 5 10 - 10 0 100

Portable 6 4 24 3 3 72 72

Ventilateur 3 40 120 3 3 360 360

Lecteur DVD 1 20 20 2 3 40 60

Woofer 1 55 55 2 1 110 55

Décodeur 1 20 20 1 2 20 40

Congélateur 1 85 85 6 6 510 510

Bilan

ménage aisé - - 455 - - 1314 1584

1.4.2.2. Consommation du secteur professionnel

Nous avons défini les équipements utilisant l'énergie électrique pour un commerçant, un atelier de coiffure et un atelier de couture.

(26)

Tableau 1-6 : Profil de charge pour consommation du secteur professionnel Equipement Nombre Puissance

(W)

Consommation journalière

(Wh/j) Jour

(8-18h)

Nuit (8-18h)

Jour (8-18h)

Nuit (8-18h) Centre commercial

Congélateur solaire

1 85 85 6 6 510 510

Recharge de portable

50 4 200 2 2 400 400

Lampe LED 4 5 20 - 4 0 80

Bilan centre commercial

- - 305 _ - 910 990

atelier de coiffure

Lampe LED 2 5 10 3 0 30

Tondeuse à courant

1 75 75 5 3 375 225

2 4 8 2 2 16 16

Bilan coiffure - - 93 - - 391 271

atelier de tresse

Lampe LED 2 5 10 3 0 30

2 4 8 2 2 16 16

Séchoir 1 150 150 2 1 300 150

Bilan tresse - - 168 - - 316 196

atelier de couture

Lampe LED 2 5 10 3 0 30

Fer à repasser 1 500 500 1 1 500 500

2 4 8 2 2 16 16

Bilan couture - - 518 - - 516 546

(27)

Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI 17 1.4.2.3. Consommation du secteur public

Le profil de charge pour la consommation des secteurs publics est défini par secteur dans les tableaux suivants.

Tableau 1-7 : Profil de charge pour l’école primaire Equipement Nombre Puissance

(W)

Durée

d’utilisation (h/j) Energie journalière

(Wh/j) Jour

(8-18h)

Nuit (18-8h)

Jour (8-18h)

Nuit (18-8h) Module de 8 classes+ 1 direction pour EPP

Lampe LED (classe)

32 9 288 - 4 0 1152

Lampe LED (Direction)

2 9 18 - 4 0 72

LED extérieure

3 9 27 - 10 0 270

Ventilateur 1 40 40 3 - 120 0

Radio K7 1 16 16 3 - 48 0

Bilan EPP - - 389 - - 168 1494

Tableau 1-8 : Profil de charge pour le centre de santé Equipement Nombre Puissance

(W)

Energie journalière AC

(Wh/j) Jour

(8-18h)

Nuit (18-8h)

Jour (8-18h)

Nuit (18-8h) Bâtiment de 3 chambres + bureau pour maternité

Lampe LED 12 9 108 2 5 216 540

Lampe LED

(bureau) 2 9 18 2 5 36 90

Ventilateur 4 40 160 2 2 320 320

Recharge de

portable 4 4 16 2 2 32 32

Radio K7 1 16 16 2 2 32 32

Bilan

Maternité - - 318 - - 636 1014

Bâtiment de 3 chambres+ bureau pour dispensaire Lampe LED

(bureau) 12 9 108 2 5 216 540

(28)

Equipement Nombre Puissance (W)

(Wh/j) Jour

(8-18h)

Nuit (18-8h)

Jour (8-18h)

Nuit (18-8h) Lampe LED

(bureau) 2 9 18 2 5 36 90

Conservateur

vaccin 200L 1 85 85 5 5 425 425

Ventilateur 4 40 160 2 2 320 320

Recharge de

portable 4 4 16 2 2 32 32

Radio K7 1 16 16 2 2 32 32

Bilan

dispensaire - - 403 - - 1061 1439

Maison Docteur Poste TV

(Sharp) 1 65 65 2 3 130 195

Radio K7 1 16 16 2 2 32 32

Lampe LED 4 5 20 - 4 0 80

Lampe LED 2 5 10 - 10 0 100

Portable 6 4 24 2 2 48 48

Ventilateur 1 40 40 3 3 120 120

Décodeur 1 30 30 2 2 60 60

Woofer 1 40 40 2 2 80 80

Congélateur 1 85 85 5 5 425 425

Lecteur DVD 1 20 20 2 2 40 40

Bilan maison

Docteur - - 350 - - 935 1180

Tableau 1-9 : Profil de charge pour éclairage public Equipement Nombre Puissance

(W)

Durée d’utilisation (h/j)

Energie journalière (Wh/j)

Jour (8-18h)

Nuit (18-8h)

Jour (8- 18h)

Nuit (18-8h) Projecteur à

LED 40 36 1440 - 10 0 14400

Bilan éclairage public

- - 1440 - - 0 14400

(29)

Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI 19 Pompe électrique

La puissance de la pompe est déterminée à partir des besoins journaliers en eau du village et la hauteur manométrique totale à surmonter par la pompe.

Ainsi, nous avons obtenu le débit journalier de 36 m³/j et la hauteur manométrique de 48m au Ministère des Mines, de l’Energie et de l’Eau, que nous avons utilisés pour choisir la pompe correspondante dans l’abaque en annexe10.

Tableau 1-10 : Choix de la pompe électrique

Pompe choisie Hauteur manométrique Grundfox SQ 7-40

Puissance : 1,2kW

Intensité à pleine charge : 8,2A

51m

Tableau 1-11 : Profil de charge pour le pompage d’eau Equipement Nombre Puissance

(W)

(Wh/j) Jour

(8-18h)

Nuit (18-8h)

Jour (8-18h)

Nuit (18-8h)

Pompe 1 1200 1200 4 1 4800 1200

Bilan Pompe - - 1200 - - 4800 1200

1.4.2.4. Consommation d’autres secteurs

Ici nous avons défini le profil de charge pour les lieux de culte, les magasins agricoles, et d’autres équipements qui peuvent consommer d’énergie.

(30)

Tableau 1-12 : Profil de charge pour un lieu de culte Equipement Nombre Puissance

(W)

Jour (8-18h)

Nuit (8-18h)

Jour (8-18h)

Nuit (8-18h) Mosquée

Lampe LED 8 9 72 - 5 0 360

Lampe LED 2 9 18 - 10 0 180

Micro Ampli 1 50 50 2 1 100 50

Bilan Mosquée - - 140 - - 100 590

Eglise

Lampe LED 8 9 72 - 5 0 360

Lampe LED 2 9 18 - 10 0 180

Micro Ampli 1 50 50 2 1 100 50

Bilan église - - 140 - - 100 590

Tableau 1-13: Profil de charge pour autre consommation Equipement Nombre Puissance

(W)

Jour (8-18h)

Nuit (18-8h)

Jour (8-18h)

Nuit (18-8h) Magasin agricole

Lampe LED 20 5 100 2 3 200 300

Bilan Magasin - - 100 2 3 200 300

Maison de loisir

Lampe LED 16 5 80 - 4 0 320

Télévision LED 1 45 45 2 2 90 90

DVD 1 20 20 2 2 40 40

Micro Ampli 4 50 200 4 4 800 800

Bilan maison

de loisir - - 545 - -

1330 1250 autres

Machine pour

broderie 2 350 700 4 1

2800 700

Machine à

décortiquer riz 1 1500 1500 4 1

6000 1500

Réparateur TV 1 142 142 10 2 1420 284

Bilan autre - - 2342 - - 10220 2484

(31)

Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI 21 1.4.2.5. Estimation des pertes techniques journalières dans le réseau de

distribution

Puisque la puissance fournie par la mini-centrale à la population sera transportée à travers un réseau de distribution, l’énergie qui sera perdue dans la ligne est donnée par la formule (1.10)

𝒆_𝒑 = ^{𝝆×𝑳×𝑷}^𝟐^×𝒕

𝟑×𝑼^𝟐×𝑪𝒐𝒔^𝟐𝝋 [21] (1.10) Où

𝝆 : est la résistance linéique du câble utilisé pour la construction du réseau de distribution en (Ω ⁄ 𝐾𝑚) qui dans notre cas est égal à 2,8 10^-8(câble aluminium) ;

U : la tension entre phase en V ;

P : la puissance transportée par la ligne en kW ;

t : la durée d’utilisation de la puissance P en heure par jour ; Cos𝜑 : le facteur de puissance d’utilisation.

1.4.3. Evaluation de la consommation journalière en énergie électrique du village

Nous avons déterminé ici la puissance totale, la consommation dans la journée, la consommation dans la nuit de chaque utilisateur. Nous avons utilisé les formules (1.11) à (1.16) pour remplir le tableau 1.14.

Ainsi :

- la puissance totale 𝑷_𝒕𝒖𝒌 demandée par les utilisateurs k est donnée par : 𝑷_𝒕𝒖𝒌 =𝑷_𝒖𝒌× 𝒏_𝒖𝒌 (1.11) colonne 4

(32)

Rédigé par Hortense Tolomè LEGBASSI 22 Avec 𝐧_𝐮𝐤 : le nombre d’utilisateur k.

- la consommation journalière totale 𝑪_{𝒕𝒋𝒋𝒖𝒌} en énergie électrique des utilisateurs k dans la journée est donnée par la relation (1.12).

𝑪_{𝒕𝒋𝒋𝒖𝒌} = 𝑪_{𝒋𝒋𝒖𝒌} × 𝒏_𝒖𝒌 (1. 12) colonne5 - la consommation journalière totale 𝑪_{𝒕𝒋𝒏𝒖𝒌} en énergie électrique des

utilisateurs k dans la nuit est donnée par la relation (1.13).

𝑪_{𝒕𝒋𝒏𝒖𝒌} = 𝑪_{𝒋𝒏𝒖𝒌} × 𝒏_𝒖𝒌 (1. 13) colonne 6 Nous pouvons alors calculer :

- la puissance totale 𝑃_𝑡𝑣 demandée par le village par l’équation (1.14).

𝑷_𝒕𝒗 = ∑_𝒌=𝟏𝑷_𝒕𝒖𝒌 (1.14) dernière ligne colonne 4 - la consommation journalière 𝑪_𝒋𝒋𝒗 du village dans la journée par l’équation (1.15).

𝑪_𝒋𝒋𝒗 = ∑_𝒌=𝟏𝑪_{𝒕𝒋𝒋𝒖𝒌} (1. 15) dernière ligne colonne 5 - la consommation journalière 𝑪_𝒋𝒏𝒗 du village dans la nuit par la relation (1.16).

𝑪_𝒋𝒏𝒗 = ∑_𝒌=𝟏𝑪_{𝒕𝒋𝒏𝒖𝒌} (1. 16) dernière ligne colonne 6