Impact de la production d’énergie électrique à partie d’une centrale éolienne décentralisée sur le réseau interconnecté de la Communauté Electrique du bénin (CEB)

(1)

ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI

DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE Option : Energie électrique

POUR L’OBTENTION DU

DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION

Thème :

Présenté et soutenu le 24/04/2013 par : Ebénizert HOUNBDAYI

Sous la direction du jury composé de :

Président : Dr. FIFATIN François-Xavier, Chef département du Génie Electrique Membre : 1) Dr. BADAROU Ramanou, Enseignant à l’EPAC, Maître de mémoire

2) Dr. HOUNDEDAKO Vincent, Enseignant à l’EPAC 3) M. KUEVIDJEN Dosseh, Formateur au CFPP

Impact de la production d’énergie électrique à partie d’une centrale oélienne décentralisée sur le réseau interconnecté de

la Communauté Electrique du bénin (CEB)

Année académique : 2011-2012

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DEDICACES

Je dédie ce travail : A mes parents

Mon feu père Désiré HOUNDAYI et à ma feue mère Josette HOUNDAYI née GNONHOSSOU tous deux arrachés à mon affection.

A mon oncle

Le Père François GNONHOSSOU est un cadeau du ciel, je garde pour toi une place spéciale dans mon cœur. Je voudrais t’exprimer toute ma profonde reconnaissance et je te remercie du plus profond de mon cœur parce que tu m’as toujours aidé, par ton soutien moral, matériel et financier.

Je te promets qu’aucune de mes joies n’aura lieu sans qu’elle ne soit partagée avec toi ou sans souvenir de toi.

A Mme Fumeke Mary SARR pour son soutien tout au long de ma formation.

A mes frères, sœurs, cousines et cousins en particulier Gilles TOKPO et sa femme.

A la famille TOSSAVI pour le soutien qu’elle m’a accordé tout au long de ma formation à l’EPAC.

A ma dulcinée KODONOU Constance Rosemonde pour sa générosité et son aide qui m’ont été utiles tout au long de ma formation.

(3)

REMERCIEMENTS

JE VOUDRAIS AVANT TOUTES CHOSES, RENDRE GRÂCE À L’ETERNEL DIEU SANS QUI CE TRAVAIL NE SERAIT ABOUTI.

Après avoir passé cinq années de formation à l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi (EPAC) et six mois de stage de fin de cycle à la Communauté électrique du Bénin (CEB) je présente ici ma profonde gratitude à tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué de quelque manière que ce soit à l’aboutissement de ce travail.

JE TIENS À ADRESSER MES SINCÈRES REMERCIEMENTS ...

(4)

A vous :

 Pr. Félicien AVLESSI, Directeur de l’EPAC.

 Dr. Clément BONOU, Directeur Adjoint de l’EPAC.

 Dr. Xavier FIFATIN, chef Département Génie Electrique.

 Dr. BADAROU Ramanou enseignant à l’EPAC, Maître de mémoire, pour sa disponibilité et son encadrement tout au long de ce travail ;.

 Dr. Théophile HOUNGAN, Maitre-assistant des universités,

 M. Luc NASSARA, enseignant à l’EPAC ;

 Dr Vincent HOUNDEDAKO, enseignant à l’EPAC ;

 Dr Robert HANGNILO, enseignant à l’EPAC ;

 Mr. Djibril SALIFOU, DG de la CEB.

 Mr. Katari FOLY – BAZI, DGA CEB.

 Mr. Antoine AKEMAKOU, Directeur des Transports à la CEB.

 Mr. Mawuena L. MEDEWOU, Directeur Régional Transport Bénin de la CEB,

 Mr. Maxime DJOKOUI, Chef du service Entretien DRTB,

 Mr. Delphin AGOSSOU, Chef du Service exploitation DRTB,

 Mr. ADONON Calixte, Chef de la Division appareillage Contrôle Electrique et Télécoms de la Direction Régionale Transport du Bénin,

 Mr. Médard NANGBE, chef de la section Appareillage de la Direction Régionale Transport du Bénin,

 Tout le personnel de la CEB notamment celui en poste à Cotonou- vêdoko pour leur disponibilité,

 Mr. OLOULADE Arouna, chef cellule formation à la SBEE pour vos multiples disponibilités et assistances

 Mr. HOUNDAYI Paul Francis ingénieur en Génie Electrique pour votre disponibilité et assistance

(5)

 Mr. Amos TOSSAVI Directeur des ressources humaines à la Banque Régionale de Solidarité BRS, je ne vous dis pas Merci, un remerciement ne serait pas suffisant. votre esprit, votre assistance à autrui sont tes qualités que j’apprécie chaque jour. Je n’oublierai jamais votre assistance précieuse et votre soutien tant moral que financier lors de ma formation.

(6)

ACRONYMES ET ABREVIATIONS

ANF : Anfoin ; ATA : Atakpamé AVA : Avakpa BEM : Bembereke BOH : Bohicon CIN : Cincassé

CEB : Communauté Electrique du Bénin CVE : Cotonou-vèdoko

DAP : Dapaon DJOU : Djougou KAR : Kara KV: Kilovolt

KWh: kilowattheure LAF : Lomé AFLAOU LOK : Lokossa

LPO : Lomé Port MAG : Maria- gléta mm² : millimètre carrée

MOM :Momé-hagou MVA : Méga Voltampère MW : Mégawatt

(7)

NAN : Nangbeto NAT :Natitingou ONI : Onigbolo PAR : Parakou SAK : Sakété

SBEE : Société Béninoise d’Energie Electrique TAB :Tabligbo

TAG : Turbine à Gaz

VRA :Akossombo (Ghana)

(8)

TABLE DES MATIERES

DEDICACES ... i

REMERCIEMENTS ... ii

ACRONYMES ET ABREVIATIONS ... v

TABLE DES MATIERES ...vii

LISTE DES TABLEAUX ... xi

LISTE DES FIGURES ... xii

RESUME ... xiv

INTRODUCTION GENERALE ... 1

Chapitre 1 : PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL ... 4

1.1. Présentation de la Communauté Electrique du Bénin (CEB) ... 5

1.1.1. Historique ... 5

1.1.2. Structure organisationnelle ... 6

1.1.3. Infrastructures de transport de l’énergie ... 9

1.1.4. Achats et Ventes de l’énergie ... 10

1.1.4.1. Achat et Productions ... 10

1.1.4.2. Ventes d’énergie des clients de la CEB ... 10

1.1.5. Présentation de la sous-station de Cotonou Vêdoko ... 11

1.1.6. Présentation du poste de Cotonou Vêdoko ... 12

Conclusion ... 14

Chapitre 2 : SIMULATION DU RESEAU INTERCONNECTE EXISTANT DE LA CEB ... 15

Introduction ... 16

(9)

2.1. Présentation de l’outil de simulation ... 16

2.1.1. Présentation de PSAT ... 17

2.2. Configuration du réseau électrique ... 20

2.3. Hypothèses de simulation ... 23

2.3.1. Hypothèse sur les jeux de barres ... 23

2.3.2. Hypothèse sur les lignes et les transformateurs... 23

2.3.3 Hypothèse sur les charges ... 23

2.4. Simulation de l’écoulement de puissance ... 24

2.4.1. Réseau interconnecté existant de la CEB ... 24

2.4.2. Résultat de l’écoulement de puissance ... 25

2.4.3. Analyse des résultats ... 30

Conclusion ... 31

Chapitre 3 : ETUDE DE LA CONFIGURATION DU RESEAU DE LA CEB AVEC PENETRATION DE LA PRODUCTION EOLIENNE ... 32

Introduction ... 33

3.1. Hypothèses de simulation ... 33

3.2. Configurations du réseau pour différentes injections de puissance ... 33

3.2.1. Injection des différentes puissances ... 34

3.2.2. Mesure de l’apport global des injections ... 39

3.2.2.1. Etats des jeux de barres ... 39

3.2.2.2 Analyse des résultats ... 41

Conclusion ... 41

(10)

Chapitre 4 : DETERMINATION DES POTENTIELS DES SOURCES D’ENERGIES

RENOUVELABLES AU BENIN ... 42

Introduction ... 43

4.1. Evaluation du potentiel des différentes sources d’énergies renouvelables au Bénin ... 43

4.1.1. Définition des énergies renouvelables ... 43

4.1.2. La biomasse – énergie ... 43

4.1.3. L’énergie solaire [8] ... 44

4.1.4. La micro hydroélectricité ... 46

4.1.5. L’énergie éolienne ... 47

4.2. Justification du choix de l’éolienne au Bénin ... 48

4.2.1. Avantages de l’éolienne ... 49

4.3. Critère de choix d’un potentiel éolien [11] ... 51

4.3.1. Le vent ... 53

4.3.2. Gisement éolien au Bénin ... 54

Conclusion ... 56

Chapitre 5 : DIMENSIONNEMENT ET EVALUATION DU COUT D’UN PARC EOLIEN ... 57

Introduction ... 58

5.1. Définition de l’éolienne ... 58

5.2. Les différents types d’éolienne ... 59

5.2.1. Les éoliennes à axe vertical ... 60

5.2.2. Les éoliennes à axe horizontal ... 62

(11)

5.3. Principe de fonctionnement ... 63

5.3.1. Éléments constitutifs d'un aérogénérateur (à axe horizontal) .... 64

5.3.2. Caractéristiques techniques des éoliennes ... 66

5.4. Puissance fournie par un aérogénérateur ... 69

5.4.1. Courbe de puissance ... 75

5.4.2. Régulation mécanique de la vitesse de L’éolienne ... 76

5.4.3. La loi de distribution de weibull ... 82

5.4.4. Détermination des paramètres de Weibull ... 82

5.4.5. Dimensionnement des éoliennes ... 83

5.5. Evaluation du cout du projet ... 87

5.5.1. Les étapes d’un projet éolien ... 87

5.5.2. Cout d’installation du parc éolien ... 89

Suggestions ... 91

Conclusion ... 91

CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES ... 93

BIBLIOGRAPHIE ... 95

ANNEXES ... 96

(12)

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 2 1: Répartition des charges de la journée du 24/07/12 ... 25

Tableau 2 2:Résultat de simulation de faible charge ... 26

Tableau 2 3:Résultat de simulation de moyenne charge ... 27

Tableau 2 4:Résultat de simulation de forte charge ... 28

Tableau 3 1 : Résultats de la simulation avec l’injection de 05 MW ...36

Tableau 3 2:Résultats de la simulation avec l’injection de 10 MW ... 36

Tableau 4 1:: Moyennes mensuelles de l’ensoleillement journalier en kWh/m².j 45 Tableau 4 3:Emission polluante directes et indirectes de différentes technologies de production d'électricité ... 50

Tableau 4 4:Vitesse moyenne mensuelle du vent (m/s) à Cotonou (période de 2000 à 2011, données ASECNA ... 55

Tableau 5 1 : Tableau de la courbe de puissance ……….83

Tableau 5 2 : Devis estimatif du coût du projet ... 90

(13)

LISTE DES FIGURES

Figure 1 1 : Organigramme de la CEB [1 ... 8

Figure 1 2:Diagramme de la répartition des achats d'énergie en 2010 .. 10

Figure 1 3:Diagramme de la vente d'énergie en 2010 ... 11

Figure 1 4 : Schéma synoptique du poste de Vêdoko ... 12

Figure 2 1 : Schéma synoptique de la simulation d’écoulement de puissance dans le réseau d'énergie électrique [6] ……….16

Figure 2 2 : Logo de PSAT ... 18

Figure 2 3:Fenêtre principale de PSAT ... 19

Figure 2 4:Librairie de PSAT ... 19

Figure 2 5: Schéma synoptique du réseau existant de la CEB ... 21

Figure 2 6:Représentation du réseau d'étude sous PSAT ... 22

Figure 2 7: Tension relevée sur les jeux de barres le 24/07/12 ... 29

Figure 2 8: Tension des jeux de barres après la simulation ... 29

Figure 3 1:Représentation du réseau de la CEB avec injection de la puissance ………..35

Figure 3 2:Evolution de la tension en fonction des différentes injections avec les charges existantes ... 40

Figure 3 3: Evolution des variations de tension en fonction des charges existantes ... 40

Figure 4 1 : Structure de consommation par type d’énergie [2 ……….Erreur ! Signet non défini. Figure 4 2 : Structure de consommations par secteur d’activités [2] ... Erreur ! Signet non défini. Figure 4 3: Evolution de la production nationale, des importations et de l’offre totale de l’électricité ... Erreur ! Signet non défini. Figure 4 4:Pluviométrie moyenne mensuelle en millimètre ... 47

(14)

Figure 4 5: Evolution de la vitesse moyenne du vent dans l'année ... 55

Figure 5 1 : Conversion de l'énergie cinétique du vent [5] 59 Figure 5 2: Eolienne de type Darrieus et Savonius ... 62

Figure 5 3: configuration à axe horizontal ... 63

Figure 5 4: Éléments constitutifs d'un aérogénérateur [5 ... 64

Figure 5 5: Tube de courant autour d’une éolienne [5] ... 71

Figure 5 6: Coefficient de performance ... 73

Figure 5 7: Coefficient de puissance en fonction de la vitesse normalisée pour différents types de turbine ... 74

Figure 5 8: Courbe de puissance moyenne d'une éolienne [4] ... 75

Figure 5 9: Diagramme de la puissance sur l’arbre en fonction de la vitesse du vent ... 77

Figure 5 10: Caractéristique du coefficient de puissance/vitesse spécifique de vitesse pour différents angles d'inclinaison des pales ... 78

Figure 5 11: Caractéristique d'une éolienne utilisant le contrôle du pitch (V80 1,8 MW NORDEX) ... 79

Figure 5 12: Caractéristique d'une éolienne à vitesse fixe avec décrochage aérodynamique ... 80

Figure 5 13: Les étapes d’un projet éolien ... 88

Figure 5 14 : Budget du projet ... 90

(15)

RESUME

Ce mémoire consiste à dimensionner et à évaluer le coût d’une centrale éolienne décentralisée sur le réseau interconnecté de la Communauté Electrique du Bénin (CEB). Le réseau a été modélisé et simulé à partir des charges existantes et montre que sur les jeux de barres de Cotonou Vêdoko une importante chute de tension s’observe.

Après simulation du réseau avec injection de la source éolienne, nous remarquons qu’à partir de 20MW les niveaux de tension des jeux de barre des postes de Cotonou Vêdoko, Sakete et Onigbolo sont resté stationner. Les 20 MW sont alors utiliser pour le dimensionnement de la centrale et la somme à mobiliser pour la réalisation de projet est estimée à 21 710 000 000 FCFA

MOTS CLES : centrale éolienne, chute de tension.

ABSTRACT

This memory is to size and estimate the cost of decentralized wind power on the interconnected network of Communauté Electrique du Bénin (CEB). The network was modeled and simulated using existing loads and shows that the busbar Cotonou Vêdoko significant voltage drop is observed. After simulating the network with injection of wind power, we note that from 20MW levels of voltage busbar positions Vêdoko Cotonou, Sakete and Onigbolo have remained parked. 20 MW are then used for the design of the plant and the amount to be mobilized for the realization of the project is estimated at 21.71 billion FCFA

KEYWORDS: wind power, voltage drop.

(16)

INTRODUCTION GENERALE

L’énergie électrique est un élément déterminant pour tout développement socio- économique ; car elle est devenue dans la vie quotidienne des Béninois, une forme d’énergie dont on ne peut se passer. Cependant, il est à craindre qu’au Bénin, le niveau du déficit énergétique augmente considérablement avec l’accroissement rapide de la demande potentielle d’électricité dans les centres urbains qui ont un taux d’accroissement démographique de 4,6%/an contre 1,7%/ an en milieu rural. Ceci est dû à un important exode rural qui s’accompagne de trois phénomènes.

Augmentation du nombre de ménages bénéficiant des services de l’électricité ;

Croissance des restaurants populaires à cause des domiciles éloignés des lieux de travail ;

Augmentation des petites et moyennes entreprises.

Ces phénomènes sont à la base de la forte croissance en demande d’énergie électrique qui a été évaluée en 2010 à 29,4% [3]. Le raccordement au réseau d’un nombre important de localités dans le cadre de nouveaux projets d’électrification viendra augmenter cette demande. Néanmoins les sources de production sont limitées et proviennent des sources hydrauliques qui sont renforcées elles aussi par des sources thermiques. Il est alors nécessaire d’accroître la capacité de production d’énergie électrique dans des délais raisonnables, afin de limiter les impacts de plus en plus grands du manque d’énergie sur l’économie nationale. La consommation d’énergie dans notre pays ne cesse d’augmenter et la grande partie de l’énergie consommée provient des combustibles fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon, …etc.) des

(17)

l’épuisement de ces réserves et menace réellement l’environnement.

Cette menace s’est manifestée principalement à travers la pollution et le réchauffement global de la terre par effet de serre. D’autre part, le coût de production de l’énergie électrique est élevé du fait de la prédominance des centrales thermiques dans la structure nationale de production. Depuis lors, la pollution atmosphérique, le réchauffement climatique, les risques du nucléaire et les limites des ressources ont fait prendre conscience qu'un développement économique respectueux de l'environnement, dans lequel nous vivons, est nécessaire. Face à ces problèmes, et de façon à limiter l’emploi de l’énergie d’origine combustible, le Bénin s’est tourné vers les nouvelles formes d’énergie renouvelables (biomasse, hydraulique, photovoltaïque, éolienne, …etc.).

Les énergies renouvelables offrent la possibilité de produire de l’électricité propre et surtout dans une moindre dépendance des ressources, à condition d’accepter leurs fluctuations naturelles et parfois aléatoires. Parmi celles-ci l’énergie photovoltaïque et l’énergie éolienne sont les plus ciblées. Dans ce mémoire comme plusieurs recherches se sont plus orientées vers le photovoltaïque, nous nous sommes alors intéressés à la production décentralisée à base des éolienne qui sont contraint par le vent. C’est ce qui justifie le thème de notre mémoire qui est intitulé : «Impact de la production d’énergie électrique à partir d’une centrale éolienne décentralisée dans le réseau interconnecté de la Communauté Electrique du Bénin (CEB)».

L’objectif de ce document est de dimensionner la centrale éolienne qui sera injecté sur le réseau interconnecté de la CEB et évaluer le coût du projet

Pour ce faire, notre travail sera structuré de la manière suivante :

(18)

Electrique du Bénin, et le cadre de stage afin de présenter les problèmes rencontrés ;

- Le chapitre 2 est consacré à la simulation du réseau interconnecté existant. Ce qui permettra de relever les insuffisances liées à ce réseau;

- Le chapitre 3 est consacré à la simulation du réseau avec pénétration de la production éolienne et aborde l’analyse technique des résultats de simulation. Ce qui permettra de dégager les améliorations par rapport au réseau existant ;

- Le chapitre 4 est consacré à l’état des lieux du secteur de l’énergie et la détermination des potentiels des sources d’énergies renouvelables au Benin ;

- Dans le chapitre 5 nous aborderons le dimensionnement de la centrale éolienne et l’évaluation du cout du projet

(19)

Chapitre 1 : PRESENTATION DE

LA STRUCTURE D’ACCUEIL

(20)

1.1. Présentation de la Communauté Electrique du Bénin (CEB) 1.1.1. Historique

La Communauté Electrique du Benin (CEB) est un organisme international à caractère public. Elle a été instituée par l’Accord International et le Code Bénino- Togolais de l’électricité du 27 Juillet 1968 révisé le 23 Décembre 2003.

Aux termes de cet Accord révisé, la Communauté Electrique du Bénin reçoit sur l’ensemble des territoires des deux Etats, l’exclusivité d’exercer les activités de transport d’importation, d’acheteur unique pour les besoins des deux Etats.

Conformément à l’article L33 de l’accord révisé, la CEB a pour missions :

 de réaliser et d’exploiter selon les règles appliquées par les sociétés industrielles et commerciales, des installations de production d’énergie électrique pour les besoins des deux Etats ;

 de réaliser et d’exploiter selon les règles appliquées par les sociétés industrielles et commerciales, des installations de transport de l’énergie électrique sur l’ensemble du territoire des deux Etats en qualité de transporteur exclusif. En outre, elle reçoit les privilèges d’acheteur unique pour les besoins des deux Etats ;

 de conclure en cas de nécessité avec les pays voisins des deux Etats, des accords relatifs à l’importation de l’énergie électrique, chacun des deux Etats s’engageant à ne conclure aucun accord séparé d’importation d’énergie électrique ;

 de conclure, en cas de nécessité, des accords d’exportation de l’énergie électrique excédentaire avec les pays voisins des deux Etats ;

(21)

 De conclure, en cas de nécessité, avec les pays voisins des deux Etats, des accords de transit de l’énergie électrique ;

 d’assurer, grâce à son Centre de Formation Professionnelle et de Perfectionnement, la sélection, la formation et le perfectionnement au profit des entreprises des deux Etats sans exclusive ;

 de planifier la production et le transport de l’énergie électrique en liaison avec les ministères en charge de l’énergie électrique pour les besoins des deux états ;

 d’exercer au profit des deux Etats, les missions de centre de réparation et d’entretien, de centrale d’achat de matériel, d’équipement et de bureau d’études et d’ingénierie, étant entendu que ces missions n’ont pas un caractère obligatoire pour la Communauté Electrique de Bénin(CEB)

1.1.2. Structure organisationnelle

La Communauté Electrique du Bénin (CEB), qui a démarré effectivement ses activités par l'inauguration de la ligne HTB reliant le GHANA, le TOGO et le BENIN le 24 juillet 1975, est administrée par :

 un Haut Conseil Interétatique (HCIE) composé de huit (8) membres désignés à raison de quatre (4) par le gouvernement de chacun des deux Etats

 une Haute Autorité (HA) de dix (10) membres à raison de cinq (5) membres par Etat, assistée d’un Directeur Général et d’un Directeur Adjoint.

Elle dispose de deux (2) commissaires aux comptes et de deux conseillers juridiques à raison d’un commissaire aux comptes et d’un conseiller juridique par Etat.

(22)

 Une direction générale composée d'un Directeur Général, ressortissant de l'Etat n'abritant pas le siège de la CEB, et d'un Directeur Général Adjoint, ressortissant de l'Etat abritant le siège. Ces Directeurs Généraux sont assistés par 08 Directeurs.

La figure 1.1 présente l’organigramme de la CEB, réaménagé en Avril 2010 ce qui permet de donner une idée claire sur la hiérarchie des différentes sections[1].

(23)

Service de l’administration du Patrimoine et de Logistique

Service des Ressources Humaines

Service des Achats Divers Direction

Générale

Direction de l’Audit Interne Conseils

Service Juridique

Service de la communication et

de l’Information

Direction des études et du développement Direction

Administrative et des ressources

Direction du CFPP Abomey-

Calavi Secrétariat Général

Direction Financière et

de la comptabilité Direction du

Contrôle de Gestion

Direction de la production

Direction des approvision - nements Direction

du transport

Service des Etudes du Suivi

et du Contrôle

Division de la Logistique des Affaires Service de la

comptabilité Service

du Budget

Service de la stratégie de la Production

Service des Achats Technique Service de la

stratégie du Transport et des

Mouvement

Service de l’Environne ments

Service des Activités Pédagogiques Service des

Finances Service des

Statistiques et des Information s de Gestion

Service Direction de la Centrale

Direction Régionale du

Service Transport Bénin

Service de Production Thermique du Togo

Service de production Thermique du

Bénin Service de la qualité

et de Sécurité et Santé au Travail

Direction Régionale du transport Togo

Figure 1 1 : Organigramme de la CEB [1

(24)

1.1.3. Infrastructures de transport de l’énergie

 Infrastructures de transport de l'énergie électrique au Togo Le Togo dispose de 476,57 km de lignes de transport d’énergie pour une capacité de transformation de 457,16 MVA répartis sur les postes suivants :

Le Poste de Lomé Aflao (135 MVA) ; le Poste de Lomé Port (80 MVA) ; le Poste de Momé-hagou (100 MVA) ; le Poste d'Atakpamé (21 MVA) ;

le Poste de Dapaong (10 MVA) ; le Poste d'Anfoin (16 MVA) ;

le Poste de Lama Kara (20 M VA) ; le Poste de Tabligbo (70 MVA) et le Poste de Cinkasse (5,16 MVA).

 Infrastructures de transport de l'énergie électrique au Bénin Le Bénin dispose de 837,4 km de ligne de transport de l'énergie pour une capacité de transformation de 826,5 MVA répartis sur les postes suivants :

Le Poste de Cotonou - Vêdoko (194 MVA) ; le Poste d'Onigbolo (70 MVA) ;

le Poste de Bohicon (40 MVA) ; le Poste de Lokossa (32 MVA) ; le Poste d'Avakpa (19 MVA) ; le Poste de Sakété (412,5 MVA) ; le Poste de Djougou (20 MVA) ; le Poste de Parakou (20 MVA) et le Poste de Maria Gléta (19 MVA).

(25)

1.1.4. Achats et Ventes de l’énergie 1.1.4.1. Achat et Productions

La demande en énergie satisfaite par le réseau interconnecté de la CEB (y compris les pertes) a été de 1863,001GWh contre 1792,219GWh en 2009 soit un accroissement de 3,94%.[6]

Le diagramme de la figure suivante montre la répartition des achats d’énergie en 2010 [6]

Figure 1 2:Diagramme de la répartition des achats d'énergie en 2010 1.1.4.2. Ventes d’énergie des clients de la CEB

Elle dispose d’une multitude de clients répartis sur les territoires Togolais et Béninois. Au Togo, nous avons :

- La Compagnie d’Energie Electrique du Togo (CEET) ; - La West African Cement (WACEM) ;

- L’ International Fertilizer Group (IFG).

Au Bénin, nous avons :

- La Société Béninoise d’Energie Electrique (SBEE) ;

- La Société des Ciments du Bénin- Lafarge (SCB Lafarge) ; - La Société Nationale du Burkina-Faso Electricité (SONABEL).

41%

42%

2% 12%

0% 3%

Achat d'énergie en 2010

TCN:786,713GWh VRA:810,866GWh CGT:43,277GWh CEB:221,468GWh NIGELEC2,377GWh CIE;70,123GWh

(26)

- La CEB a vendu de l’énergie à la société nationale du Burkina- Faso Electricité (SONABEL) à raison de 1,019 GWh sur un total de 1817 GWh vendus en 2010.

L’énergie fournie par la CEB à ces clients en 2010 est de 1790,11GWh contre 1711,78GWh en 2009 soit un accroissement de 4,61%. Cette répartition d’énergie se fait entre les clients dans les deux Etats suivant le diagramme ci-après :

Figure 1 3:Diagramme de la vente d'énergie en 2010

1.1.5. Présentation de la sous-station de Cotonou Vêdoko

Grand pôle économique du Bénin, Cotonou est une ville cosmopolite dont l’essor démographique entraîne une consommation énergétique accrue due à la forte concentration des unités industrielles.

Devant cette situation, et pour faciliter les activités de la société distributrice d’énergie électrique, la SBEE, le poste de Vêdoko a été créé pour desservir Cotonou et ses environs. La nécessité d’un tel poste que l’on peut qualifier de charnière, s’explique également par la situation

48%

41%

3%

6%

2% 0%

Vente d'énergie en 2010

SBEE:877,893GWh CEET:745,555GWh SCB/LF:59,472GWh WACEM:98,286GWh IFGTOGO:34,715GWh SONABEL:1,019GWh

(27)

géographique de Cotonou qui sert de pivot pour toutes les villes environnantes.

1.1.6. Présentation du poste de Cotonou Vêdoko

Le poste de Cotonou Vêdoko est un poste HTB/HTA 161kV / 63kV /15kV auquel aboutissent quatre lignes HTB :

 L220 et L230 arrivées de MOME-HAGOU ayant pour source la VRA et la centrale de Nangbéto puis

 L200 et L210 arrivées de Sakété où est réalisée l’interconnexion CEB/TCN.

Le schéma synoptique du poste est représenté à la figure 1.1

Figure 1 4 : Schéma synoptique du poste de Vêdoko

Les lignes alimentent un jeu de barres en boucle qui ont à leurs sorties quatre travées de transformateurs qui desservent les

(28)

rames du poste SBEE de Vêdoko et les lignes L20 et L21 de Gbégamey. Ces travées sont : [1]

 La travée « transformateur T2», 161kV/15kV d’une puissance de 19MVA qui alimente les rames du poste SBEE de Vêdoko ;

 La travée « Transformateur T3 », 161kV/63kV/15kV, transformateur à trois enroulements dont le premier enroulement secondaire de 63kV/40 MVA n’est pas actuellement en exploitation; le second enroulement secondaire de 15kV/15MVA alimente les rames du poste SBEE de Vêdoko;

 La travée T5 161 kV / 63 kV 80 MVA prévue pour alimenter le départ L21 (palais présidentiel) peut également alimenter le départ L20 (Gbégamey) à travers le sectionneur d’aiguillage S110 de la travée 63 KV et

 La travée « Transformateur T6 », 161kV/15kV, 40MVA alimente les rames du poste SBEE de Vêdoko.

La puissance totale installée au poste de Cotonou est: 194 MVA dont 120 MVA en 63 KV et 74 MVA en 15 kV.

Des ouvrages nécessaires à l’exploitation optimale et en toute sécurité sont installés en addition aux composants des travées transformateurs. Il s’agit :

des sectionneurs de ligne ; des sectionneurs de terre ; des sectionneurs de boucle ;

des jeux de barres et des colonnes isolantes ;

des transformateurs de tension (TT) pour les mesures et les protections ;

(29)

des transformateurs de courant (TC) pour les mesures et les protections et

des circuits bouchons pour la télécommunication interne de la maison.

Conclusion

Ce chapitre a été consacré à une présentation administrative et technique de la Communauté Electrique du Bénin ; ceci dans le but de décrire le cadre de travail et de faire connaitre les infrastructures et équipements d’un réseau électrique à tous les lecteurs de ce document.

(30)

Chapitre 2 : SIMULATION DU RESEAU INTERCONNECTE

EXISTANT DE LA CEB

(31)

Introduction

Nous avons développé dans le chapitre précédent la présentation du réseau interconnecté de la Communauté Electrique du Bénin. Ceci nous permettra d’effectuer la simulation de l’écoulement de puissance à travers les différentes branches du réseau existant à partir des relevées des différentes grandeurs dans le système à l’aide du logiciel PSAT (l’outil d’analyse des systèmes de puissance) sous Matlab.

2.1. Présentation de l’outil de simulation

L’outil de simulation de l’écoulement de puissance permet de faire la répartition de puissance des charges pour en déduire les tensions (amplitude et déphasage) sur les différents jeux de barres à partir des puissances actives et réactives (P, Q) disponibles (figure 2.1). Il faut souligner l’importance de fixer un nœud bilan qui servira de référence dans le réseau à simuler.

Figure 2 1 : Schéma synoptique de la simulation d’écoulement de puissance dans le réseau d'énergie électrique [6]

P, Q : puissance active et réactive des charges ;

P, V : puissance active et tension de sortie des générateurs ;

V, Ө : amplitude et déphasage de la tension sur les différents nœuds ; R, X, Y : résistance, réactance et admittance des lignes de transmission.

(32)

2.1.1. Présentation de PSAT

PSAT est un outil d’analyse et de control des systèmes de puissance électrique. Il prend en compte la simulation dans un temps donné la continuation, l’optimisation de l’écoulement de puissance et l’analyse de la stabilité des petits signaux. Il permet à l’utilisateur de visualiser le système par l’utilisation des diagrammes animés par couleur dans sa librairie. L’utilisation étendue des graphiques et de l’animation augmentent considérablement la compréhension de l’utilisateur en ce qui concerne les caractéristiques du système, les problèmes, les contraintes, mais aussi la façon d’y remédier. Le simulateur fournit également la possibilité de simuler l’évolution du système dans le temps.

Le temps de simulation peut être prescrit, et les changements résultants des états du système peuvent être visualisés. Il contient plusieurs modules d’analyse et de simulation comme :

 le module d’écoulement de puissance <PF> ;

 le module d’écoulement de puissance en continu <CPF> ;

 le module de répartition optimale de charges <OPF> ;

 le module d’analyse de la stabilité du réseau ;

 le module d’étude du comportement dynamique du réseau électrique.

En plus des algorithmes mathématiques et modèles, PSAT inclut une variété d’outils supplémentaires, comme suit :

 des interfaces utilisateurs graphiques très conviviales ;

 une bibliothèque Simulink des composants de réseau électrique ;

 un outil de conversion des données dans d’autres formats ;

 un éditeur de modèle utilisateur ;

 un usage de la ligne de commande de MATLAB.

Pour installer PSAT et le démarrer suivre les instructions ci - dessous.

(33)

 Démarrer Matlab ;

 Aller dans le sous menu Set-Path du menu Fichier de la fenêtre principale, rechercher le dossier PSAT, enregistrer la session et fermer la fenêtre.

 Taper la commande ‘psat’ au prompt : ’>> psat’

 Une fois PSAT lancé, le logo s’affiche, toutes les structures nécessaires à la bibliothèque spécialisée seront créées et la fenêtre principale s’ouvrira. La librairie est obtenue en cliquant sur le septième bouton à partir de la gauche se trouvant en haut de la fenêtre principale.

Le logo, la fenêtre principale et la librairie principale de la version 2.1.6 sont représentés sur les figures 2.2, à 2.4.

Figure 2 2 : Logo de PSAT

(34)

Figure 2 3:Fenêtre principale de PSAT

Figure 2 4:Librairie de PSAT

(35)

2.2. Configuration du réseau électrique

En associant ces différents modèles conformément à l’agencement des éléments du réseau réel, on obtient le modèle complet du réseau de la CEB. Ce modèle est présenté sur la figure 2.5 et la figure 2.6 présente le modèle sous PSAT

(36)

Figure 2 5: Schéma synoptique du réseau existant de la CEB

(37)

Figure 2 6:Représentation du réseau d'étude sous PSAT

(38)

Une fois que le schéma du réseau étudié est édité, il reste à poser certaines hypothèses avant de passer à la simulation proprement dite.

2.3. Hypothèses de simulation

2.3.1. Hypothèse sur les jeux de barres

Chaque jeu de barres est caractérisé par sa tension nominale.

Pour les simulations, leur tension est fixée à l’unité en grandeurs réduites (sauf pour les nœuds générateurs et bilan) et leur déphasage nul. Après simulation, toutes les tensions doivent évoluer dans une limite de sécurité (± 05% de la tension nominale). Si la tension aux nœuds est au-dessous d'un certain niveau, il y aura des risques de l'instabilité de tension du fait de l'augmentation des pertes dans le réseau. Par contre, si les tensions sont très élevées, il y aura des risques de destruction des équipements. Pour le réseau actuel de la CEB, on a considéré la VRA comme un générateur débitant sur son propre jeu de barres (slack).

Pour les grandeurs réduites, il est considéré une puissance de base de 100MW avec une tension nominale de base de 161kV.

2.3.2. Hypothèse sur les lignes et les transformateurs

La puissance transitée (courant) dans les lignes doit être inférieure à sa limite maximale qui est généralement la limite thermique de la ligne.

Ensuite pour les transformateurs, ce sont les modèles à prise fixe qui sont prises en compte pour le fait qu’au moment des relevées des données des simulations, les tensions sont supposées constantes.

2.3.3 Hypothèse sur les charges

Concernant les relevées des charges pour les simulations, les valeurs des puissances actives et réactives sont obtenues à partir des nœuds auxquels sont connectées ses charges.

(39)

2.4. Simulation de l’écoulement de puissance

2.4.1. Réseau interconnecté existant de la CEB La configuration du réseau actuel est composé de :

o 15 jeux de barres (161kV) o 03 jeux de barres (63kV)

o 15 lignes de transport (161kV) o 03 lignes de transport (63kV) o 03 transformateurs

o 04 générateurs

 VRA : slack ;

 NAN : 65MW ;

 LPO : 20MW

 MAG : 20MW o 16 charges

Il est choisi de simuler la répartition des charges à travers le réseau en considérant la journée du 24 Juillet 2012 (voir annexe A4). Pour la validation du modèle, trois simulations seront faites et correspondront chacune aux différents comportements du réseau pendant des périodes de faibles, moyennes et fortes charges. Après la saisie de toutes les données dans les postes sources (P,Q, V) on obtient le tableau 2.1 :

(40)

Tableau 2 1: Répartition des charges de la journée du 24/07/12

Désignation Faibles charges

Moyennes charges

Fortes charges P(MW) Q(MW) P(MW) Q(MW) P(MW) Q(MW) PQ_ANF 3.1 1.33 3.36 1.28 4.8 1.84 PQ_ ATA 6.23 1.3 3.33 1.76 6.86 1.83 PQ_ AVA 3.84 0.86 3.85 0.85 5.72 0.92 PQ_ BOH 8.9 3.5 9.7 4.9 13.2 5.4

PQ_ MAG 4.7 3.1 5.3 3.5 12 7.3

PQ_ CVE 69 28 76.8 29.5 95.9 48.3 PQ_ DJOU 2.89 0.65 3.05 0.8 5.42 1.13 PQ_ KAR 6.5 4.5 6.8 4.5 10.3 6.8

PQ_ LAF 42.27 0.12 18.72 0.12 23.3 0.12 PQ_ LOK 5.6 2.24 6 3.04 7.47 3.45 PQ_ LPO 13.7 0.1 15.8 0.1 19.8 0.1 PQ_ MOM 26.19 6.21 27.78 7.01 32.16 8.22

PQ_ ONI 9.5 0.91 9 0.91 10 0.91

PQ_ PAR 5.5 2.53 5.97 3.02 8.7 4.31 PQ_ SAK 0.2 0.09 0.2 0.1 0.2 0.1

PQ_ TAB 4 1.7 4.5 2 5 2.3

Il faut noter que les différentes charges sont enregistrées à des heures précises caractéristiques de la consommation à savoir :

Faibles charges : 8H 00 ; Moyennes charges : 13H 00 ; Fortes charges : 20H 00.

2.4.2. Résultat de l’écoulement de puissance

Après avoir effectué la simulation de l’écoulement de puissance à travers le réseau de la Communauté Electrique du Bénin (CEB) considéré, nous

(41)

Tableau 2 2:Résultat de simulation de faible charge

Désignation Faibles charges

Urél Ucal δ Δ ε

(kV) (pu) (kV) (pu) rad % %

ANF 61 0,96 60,4 0,96 -0,08 4,12 0,98 ATA 159 0,98 159,3 0,99 -0,01 1,05 0,18 AVA 158 0,98 156,1 0,97 -0,09 3,04 1,2

BOH 160 0,99 154,5 0,96 -0,04 4,03 3,43 MAG 159 0,98 156,1 0,97 -0,11 3,04 1,82 CVE 160 0,95 152,9 0,95 -0,12 5,03 0,71 DJOU 160 0,99 164,2 1,02 -0,09 1,98 2,62 KAR 158 0,98 162,6 1,01 -0,08 0,99 2,91 LAF 159,1 0,98 157,7 0,98 -0,05 2,04 0,87 LOK 58 0,92 61,1 0,97 -0,08 3,01 5,34 LPO 155,6 0,96 157,7 0,98 -0,04 2,04 1,34 MOM 156,4 0,97 156,1 0,97 -0,07 3,04 0,19 NAN 160 0,99 157,7 0,98 -0,01 2,04 1,43 ONI 160 0,96 154,5 0,96 -0,9 4,03 0,32 PAR 159,1 0,98 164,2 1,02 -0,1 1,98 3,2 SAK 157 0,96 152,9 0,95 -0,11 5,03 1,35 TAB 62,5 0,99 61,1 0,97 -0,08 3,01 2,24

VRA 161 1 161 1 0 0 0

(42)

Tableau 2 3:Résultat de simulation de moyenne charge

Désignation Moyenne charge

Urél Ucal δ Δ ε

ANF 61,69 0,97 59,8 0,95 -0,2 5,07 3,06 ATA 158,3 0,98 159,3 0,99 -0,13 1,05 0,63 AVA 155 0,96 156,1 0,97 -0,22 3,04 0,7

BOH 159 0,98 154,5 0,96 -0,18 4,03 2,83 CTM 159 0,98 156,1 0,97 -0,25 3,04 1,82 CVE 157 0,94 151,3 0,94 -0,26 6,02 0,46 DJOU 159 0,98 162,6 1,01 -0,22 0,99 2,26 KAR 159 0,98 162,6 1,01 -0,21 0,99 2,26 LAF 160,3 0,99 156,1 0,97 -0,14 3,04 2,62 LOK 62 0,98 59,8 0,95 -0,21 5,07 3,54 LPO 157,2 0,97 157,7 0,98 -0,14 2,04 0,31 MOM 156,3 0,97 152,9 0,95 -0,19 5,03 2,17 NAN 160 0,99 157,7 0,98 -0,11 2,04 1,43 ONI 158 0,96 152,9 0,95 -0,23 5,03 1,35 PAR 157,8 0,98 162,6 1,01 -0,24 0,99 3,04 SAK 156 0,94 152,9 0,95 -0,25 5,03 0,59 TAB 62 0,98 59,8 0,95 -0,19 5,07 3,54

VRA 161 1 161 1 0 0 0

(43)

Tableau 2 4:Résultat de simulation de forte charge

Désignation Forte charge

Urél Ucal δ Δ ε

ANF 60 0,95 59,2 0,94 -0,27 6,03 1,33 ATA 160 0,99 157,7 0,98 -0,27 2,04 1,43 AVA 155 0,96 154,5 0,96 -0,31 4,03 0,32 BOH 156 0,96 154,5 0,96 -0,3 4,03 0,96 CTM 157 0,97 156,1 0,97 -0,36 3,04 0,57 CVE 152 0,96 149,7 0,93 -0,37 7,01 3,41 DJOU 159 0,98 154,5 0,96 -0,39 4,03 2,83 KAR 155 0,96 154,5 0,96 -0,38 4,03 0,32 LAF 157,3 0,97 156,1 0,97 -0,19 3,04 0,76 LOK 62 0,98 59,8 0,95 -0,26 5,07 3,54 LPO 155,2 0,96 157,7 0,98 -0,19 2,04 1,61 MOM 157 0,97 152,9 0,95 -0,26 5,03 2,61 NAN 160 0,99 157,7 0,98 -0,24 2,04 1,43 ONI 154 0,95 151,3 0,94 -0,35 6,02 1,75 PAR 155,8 0,96 152,9 0,95 -0,41 5,03 1,86 SAK 155 0,96 151,3 0,94 -0,37 6,02 2,38 TAB 61,5 0,97 59,8 0,95 -0,26 5,07 2,76

VRA 161 1 161 1 0 0 0

La simulation du réseau à travers les moments de la journée à savoir 9h, 13h et 21h à l’aide du logiciel PSAT montre que l’incertitude ε relative de la valeur calculée par rapport à celle relevée, même pour les fortes charges ne dépasse guère 4%. Donc cette simulation peut être validée. Afin de mesurer le comportement de la tension sur les jeux de barres critiques, il est opportun de faire une représentation graphique qui traduit aisément la tension en prenant en compte les

(44)

différentes charges considérées. Les figures 2.7 et 2.8 montrent les résultats obtenus avant et après simulation.

Figure 2 7: Tension relevée sur les jeux de barres le 24/07/12

Figure 2 8: Tension des jeux de barres après la simulation

A travers les résultats des simulations, on constate que les chutes de tension enregistrées par rapport à la tension nominale sur

130 135 140 145 150 155 160 165

BOH SAK CVE ONI LAF AVA PAR DJOU

Tensions (kV)

Jeux de barres

Faible Moyen Fort

130 135 140 145 150 155 160 165

BOH SAK CVE ONI LAF AVA PAR DJOU

Tensions (kV)

Jeux de barres

Faible Moyen Fort

(45)

posées en hypothèse. Ce constat est beaucoup plus perceptible sur les jeux de barres de Cotonou (CVE) et Sakété (SAK).

2.4.3. Analyse des résultats

Des surtensions s’observent sur les jeux de barres de Djougou et de Parakou dans un fonctionnement à faibles et à moyennes charges.

Cette situation est due au fait que les lignes faiblement chargées génèrent des puissances réactives qui font augmenter la tension. Ce phénomène souvent appelé effet FERANTI (conséquence de l’action à vide des capacités transversales des lignes) est à l’origine des surtensions sur les réseaux et est destructeur pour les ouvrages des réseaux. Les réactances inductives sont souvent installées à des endroits spécifiques du réseau pour pallier à cet effet. La figure 2.7 ne présente pas de surtension car des réactances inductives sont installées à KARA mais lors de la simulation elles ne sont pas placées d’où les surtensions qui se sont observées sur la figure 2.8.

Par contre à fortes charges des chutes de tensions sont constatées sur les jeux de barre Cotonou Vêdoko, Sakété et Onigbolo. Les transits d’énergie constituent un flux allant des postes où sont raccordées les centrales vers les postes où sont raccordés les clients. Il emprunte les lignes et les câbles en se répartissant au prorata de leur impédance. Ce flux d’énergie se matérialise par le courant qui traverse les ouvrages.

Plus le transit est élevé et plus les intensités des courants sont fortes et induisent plus de chutes de tension.

L’écart entre les tensions relevées et calculées sur les jeux de barres peut s’expliquer essentiellement par le vieillissement de certaines infrastructures du réseau dont les paramètres n’ont plus les mêmes valeurs qu’elles avaient à leur installation; valeurs qui sont utilisées pour les simulations. On constate que les chutes de tensions sont beaucoup

(46)

plus prononcées dans Cotonou (CVE) et Sakété (SAK). On peut expliquer cela par le fait que cette localité est pratiquement en bout de ligne, mettant en relief la distance qui sépare la Volta River Authority (VRA) des postes de transformations. De plus, la croissance continue des charges enregistrées dans le sud du Bénin et du Togo (liée à l’industrialisation de cette partie des deux pays) entraine une augmentation accrue des puissances actives et réactives pendant que les approvisionnements en puissance sont limités. Il en résulte une diminution de la tension liée à une circulation de puissance réactive sur les lignes de transport qui relient le nord de la communauté (peu chargé) au sud.

Entre autres, des chutes de tensions de l’ordre de 1 à 7% sont enregistrées sur les jeux de barres pendant les périodes de faibles et moyennes charges. Elles avoisinent 9% pendant la période de fortes charges malgré la mise en service de la turbine à gaz de Lomé et de Maria-Gléta. Ces chutes peuvent atteindre réellement 25% compte tenu de l’état avancé des équipements utilisés dans le réseau.

Conclusion

Nous avons procédé dans ce chapitre, à la simulation du réseau d’étude de la CEB. Les différents résultats issus des configurations des charges montrent une inadéquation entre les limites tolérées et les valeurs simulées de la tension sur certains jeux de barres. La correction de ses irrégularités peut être rendue possible par l’injection d’une

nouvelle puissance dans le réseau de la CEB.

(47)

Chapitre 3 : ETUDE DE LA CONFIGURATION DU RESEAU DE LA CEB AVEC PENETRATION de

la production EOLIENNE

(48)

Introduction

Les insuffisances liées aux chutes de tension sur les jeux de barres et aux surcharges des transformateurs, constatées lors de la simulation du réseau interconnecté existant de la CEB montrent bien les problèmes auxquels sont confrontés les clients (la baisse de tension, le délestage dû au déficit énergétique). Il est alors opportun de mesurer l’impact de l’injection prochaine de puissance d’éolienne sur le jeu de barre de Cotonou-Vêdoko à travers la simulation du réseau en prenant en compte cette nouvelle configuration.

3.1. Hypothèses de simulation

Les hypothèses posées sur les éléments constituant le réseau (jeux de barres, transformateurs, lignes, charges et alternateurs) demeurent les mêmes que celles établies dans le chapitre précédent au paragraphe 2.3.

3.2. Configurations du réseau pour différentes injections de puissance

Dans le cadre de l’étude de l’impact de l’injection de puissance dans le réseau d la CEB, plusieurs scénarios sont retenus et prennent en compte la valeur de la puissance mise en jeu. A cet effet, des simulations sont faites sous les conditions d’exploitation de la centrale éolienne. Il est considéré la répartition de charges dans le réseau à l’heure de pointe (moment où les fortes charges sont enregistrées) de la journée du 24/07/2012 à 20 h00. Pour une bonne appréciation de l’impact de cette unité de production, il est effectué plusieurs simulations et les résultats sont comparés à la simulation de forte charge effectuée dans le chapitre précédent au paragraphe 2-4-2.

(49)

3.2.1. Injection des différentes puissances

Cette simulation prend en compte l’injection de la puissance éolienne sur les jeux de barre du poste de vêdoko. La figure montre le réseau de la CEB avec la source éolienne et les tableaux 3.1 à 3.4 donnent les résultats des simulations après injection progressive dans le réseau en l’occurrence sur les jeux de barres de Vêdoko.

(50)

Figure 3 1:Représentation du réseau de la CEB avec injection de la puissance éolienne

(51)

Tableau 3 1 : Résultats de la simulation avec l’injection de 05 MW Désignation Injection de 05MW

Ucal δ Δ

(kV) (pu) rad %

ANF 59,2 0,94 -0,25 6,03

ATA 156,1 0,97 -0,25 3,04 AVA 154,5 0,96 -0,29 4,03

BOH 154,5 0,96 -0,29 4,03

CTM 156,1 0,97 -0,33 3,04 CVE 151,3 0,94 -0,36 6,02 DJOU 154,5 0,96 -0,37 4,03 KAR 154,5 0,96 -0,36 4,03 LAF 156,1 0,97 -0,18 3,04 LOK 59,8 0,95 -0,24 5,07 LPO 157,7 0,98 -0,18 2,04 MOM 152,9 0,95 -0,24 5,03 NAN 157,7 0,98 -0,22 2,04 ONI 154,5 0,96 -0,33 4,03

PAR 152,9 0,95 -0,39 5,03

SAK 152,9 0,95 -0,35 5,03

TAB 59,8 0,95 -0,25 5,07

VRA 161 1 0 0

(52)

Tableau 3 2:Résultats de la simulation avec l’injection de 10 MW Désignation Injection de 10MW

Ucal δ Δ

(kV) (pu) rad %

ANF 59,8 0,95 -0,24 5,07

ATA 157,7 0,98 -0,23 2,04 AVA 156,1 0,97 -0,27 3,04

BOH 156,1 0,97 -0,27 3,04

PAR 156,1 0,97 -0,37 3,04

SAK 154,5 0,96 -0,33 4,03

TAB 59,8 0,95 -0,23 5,07

VRA 161 1 0 0

(53)

Ucal δ Δ

(kV) (pu) rad %

ANF 59,8 0,95 -0,21 5,07

ATA 157,7 0,98 -0,2 2,04 AVA 156,1 0,97 -0,23 3,04

BOH 156,1 0,97 -0,24 3,04

PAR 154,5 0,96 -0,34 4,03

SAK 156,7 0,97 -0,3 3,04

TAB 59,8 0,95 -0,21 5,07

VRA 161 1 0 0

(54)

Ucal δ Δ

(kV) (pu) rad %

ANF 59,8 0,95 -0,2 5,07

ATA 157,7 0,98 -0,18 2,04 AVA 156,1 0,97 -0,22 3,04

BOH 156,1 0,97 -0,22 3,04

PAR 156,1 0,97 -0,33 3,04

SAK 156,1 0,97 -0,29 3,04

TAB 60,4 0,96 -0,2 4,12

VRA 161 1 0 0

3.2.2. Mesure de l’apport global des injections 3.2.2.1. Etats des jeux de barres

Les résultats des différentes simulations effectuées montrent une évolution relative de la tension sur les jeux de barres. Afin de mieux d’apprécier l’impact global de la tension sur les jeux de barres critiques du sud Bénin que sont Cotonou-vêdoko, Onigbolo et Sakété, nous

(55)

avons tracé l’évolution de la tension et de la chute de tension en fonction des différentes puissances injectées (figures 3 2 et 3.3).

Figure 3 2:Evolution de la tension en fonction des différentes injections avec les charges existantes

Figure 3 3: Evolution des variations de tension en fonction des charges existantes

(56)

3.2.2.2 Analyse des résultats

La simulation du réseau de la CEB montre que les chutes de tensions enregistrées avoisinent 8% par rapport aux tensions nominales.

L’injection globale à hauteur de 20 MW engendrerait la correction de ces chutes. On note une amélioration qui se traduit par des chutes de 6%.

Cette modification trouve essentiellement son explication dans le fait que cette nouvelle disponibilité en puissance vient amoindrir le déficit énergétique lié aux fortes charges enregistrées dans les environs de Cotonou (CVE, ONI et SAK), et réduit par conséquent la puissance réactive, responsable des chutes constatées. Mais il faut signaler que les tensions présentent un comportement stationnaire au-delà de 20MW.

Ceci trouve son explication dans le fait que les charges sont restées constantes dans le temps pendant que les injections évoluent dans un ordre croissant.

Conclusion

La simulation du réseau d’étude de la Communauté Electrique du Bénin (CEB) incluant les différentes configurations du réseau, avec la puissance de la centrale éolienne qui sera installée à Sèmè-kpodji et injectée sur le jeu de barre de Vêdoko montre une correction de 8 à 2%

de la chute de tension sur les jeux de barres 161kV. Ce qui se traduit par une amélioration de la tension chez les clients qui se retrouvent dans la seconde partie des transformateurs abaisseurs.

(57)

Chapitre 4 : DETERMINATION DES POTENTIELS DES SOURCES

D’ENERGIES RENOUVELABLES AU

BENIN

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Introduction

Les pays africains en général et le Bénin en particulier sont depuis l’indépendance face à leur destin. De nombreux défis sont à relever. Les plus pernicieux de ces défis sont la pauvreté, le manque d’énergie électrique et j’en passe. Or il existe au Bénin un ensemble d’énergies inépuisables à l’échelle humaine et dont la plupart est issue de l’activité solaire, qui peuvent être exploitées pour l’amélioration des conditions de vie et de travail tant en milieu rural qu’urbain. Ce sont les énergies renouvelables. Ce chapitre est consacré à l’état des lieux des énergies et de pouvoir déterminer des potentiels des sources d’énergies renouvelables au Bénin.

4.1. Evaluation du potentiel des différentes sources d’énergies renouvelables au Bénin

4.1.1. Définition des énergies renouvelables

On range sous le terme d’énergies renouvelables un ensemble d’énergies inépuisables à l’échelle humaine, la plupart issue de l’activité solaire, mais qui se manifeste à travers des phénomènes physiques très divers.

4.1.2. La biomasse – énergie

Le Bénin est un pays agricole avec des moyens de production rudimentaires. L’appui à la mécanisation de ce secteur s’est accru seulement depuis 2006, année au cours de laquelle les jeunes ont été exhortés à se regrouper pour valoriser plus efficacement les superficies cultivables à travers la mise à disposition des tracteurs devant leur favoriser le travail sur le terrain. Malgré cet état trivial du développement de l’agriculture, ce secteur demeure celui pourvoyeur de la plus grande quantité de produits d’exportation. Cela confère au Bénin un potentiel

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considérable en déchets agricoles et ménagers pouvant être valorisés en énergie. Les nombreuses études de faisabilité sur la valorisation de la biomasse ont prouvé que la mise en valeur de ces déchets permettrait d’accroitre la capacité de production interne et de ce fait, de réduire les importations en énergie fossile et en électricité. Les données de l’annuaire de productions agricoles pour la campagne 2007-2008 montrent que le Bénin a produit 240.618 tonnes de coton. La mise en valeur des déchets issus de la production du coton (tiges, Raffles, coques et linter) en vue de la production d’électricité permettrait au Bénin d’être autosuffisant en électricité (4 402,8 GWh). La tendance de la production du coton étant à la baisse, on pourrait de même utiliser les résidus agricoles issus de la production du maïs, du mil, du sorgho pour produire l’électricité, tout en n’oubliant pas les utilisations concurrentielles (briquettes combustibles, construction des haies vives, alimentation pour animaux, etc.). Les domaines de production qui génèrent les résidus agricoles sont l’agriculture, l’élevage, la foresterie et les ménages.[2]

4.1.3. L’énergie solaire[8]

L’énergie solaire pour la production de chaleur et d’électricité est la technologie d’énergie renouvelable la mieux connue au Bénin. Elle est utilisée depuis très longtemps pour sécher les peaux des animaux et les vêtements, conserver la viande, sécher les produits des récoltes et évaporer l’eau de mer pour extraire du sel. Les utilisations de l’énergie solaire peuvent se classifier de la manière suivante :[2]

 à petite échelle : l’éclairage, la cuisine; le chauffage d’eau;

 à moyenne échelle : Chauffage d’eau pour les hôtels, irrigation des champs et alimentation des fontaines d’eau ;

 au niveau communautaire : Réfrigération des vaccins, pompage et épuration d’eau et électrification rurale ;

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 à grande échelle: Production d’électricité.

En vue d’identifier les utilisations possibles de cette source d’énergie, une collecte d’informations a eu lieu à l’ASECNA et à l’Université d’Abomey-Calavi. Celles-ci ont révélé que les stations météorologiques installées au Bénin ne disposent d’aucun instrument de mesure fiable de l’irradiation solaire énergétique. Les données disponibles se limitent aux mesures empiriques d’ensoleillement journalier. Les moyennes mensuelles de l’ensoleillement journalier mesurées aux stations de Natitingou et de Kandi sont données à titre d’exemple dans le tableau 4.1. Le maximum étant observé en février et le minimum en août. C’est à partir de ces données que le potentiel énergétique est évalué et se situerait en moyenne sur l’année entre 3,9 kWh/m².j au Sud à 6,1 kWh/m².j au Nord.[2]

Tableau 4 1: Moyennes mensuelles de l’ensoleillement journalier en kWh/m².j

Mois Stations

Jan Fév. Mar Avr. Mai Juin Juil. Aout Sep Oct. Nov. Déc. Moy

Nati. 8,9 9,8 8,2 8,3 7,8 7,3 5,4 4,6 5,7 7,2 8,8 8,5 7,5 Kandi 9,6 9,6 8,9 9,1 8,9 9,1 7,6 6,5 7,7 8,9 9,5 9,3 8,7

Ces deux villes sont choisies à cause de leur fort taux d’irradiation solaire et de la fréquence de ces taux tout au long de l’année. Le zonage du taux d’irradiation solaire montre que le Bénin peut être subdivisé en quatre zones. Ces zones sont classées par ordre de grandeur décroissante par rapport à leur potentiel énergétique solaire (cf. annexe A0):

 la zone Nord, englobant le département de l’Alibori, une grande partie du Borgou et de l’Atacora ainsi qu’une petite partie de la Donga ;

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 la zone sud du nord qui prend une partie du Zou, des Collines et le reste des départements du Borgou et de la Donga ;

 la zone centre qui couvre la partie restante des Collines, une partie du Zou, une partie du Plateau et une grande partie du Couffo. L’ensoleillement qui s’y trouve est semblable à celui de la zone côtière.

La zone sud balaie de l’Est à l’Ouest les départements du plateau, de l’Ouémé, du Zou, de l’Atlantique, du Couffo et du Mono. En dehors de ces données recueillies par les stations météorologiques, d’autres valeurs d’ensoleillement peuvent être lues sur

la carte produite pour la région de l’Afrique se situant au-dessus de l’équateur. Ici des valeurs allant de 3,5 à 5,0 kWh/m². jour peuvent être lues pour le mois le moins ensoleillé. Il ressort de cette carte que le productible annuel au Bénin varie de 1800 à 2200 kWh/m².an (cf. Annexe A1)

4.1.4. La micro hydroélectricité

Le potentiel hydroélectrique des rivières dépend des facteurs tels que la pluviométrie, l’hydrologie, la géologie, le relief et le couvert végétal.

Le Bénin est caractérisé par deux grands bassins- versants drainés par des cours d’eau qui ont de faibles hauteurs de chute. Les données pluviométriques existent pour les 12 stations météorologiques principales du pays et pour les dix dernières années au niveau de l’ASECNA. Par ailleurs une base de données hydro et pluvio (BDHP) intègre les données du Service Hydrologie et de la Direction de la Météorologie Nationale (DMN). L’analyse de ces données permet de localiser les zones du pays recevant les plus fortes pluies et donc les zones ayant un potentiel hydrologique acceptable (par rapport au relief, la nature des sols et du