Optimisation opérationnelle, écologique et énergétique des groupes électrogènes diesel PDF Download

Author: Mohamad Issa
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« Les générateurs diesel (GD) modernes deviennent de plus en plus complexes, et aussi sévèrement soumis à des normes internationales constamment mises à jour en termes de consommation et du respect de l’environnement. Le moindre défaut dans leurs moteurs peut engendrer une dégradation de ses performances ainsi qu’une augmentation de ses consommations et de ses émissions polluantes.Les GD sont la principale source d’énergie électrique qui alimente la plupart des régions éloignées et isolées dans le monde. Malheureusement, ces générateurs diesel posent encore d’énormes défis techniques, financiers et environnementaux.Au Canada, la majorité de la population bénéficie de l’électricité fiable, garantie et à prix abordable. Toutefois, sa production dans les communautés éloignées s’avère problématique du fait qu’ils ne sont pas connectés aux réseaux électriques nationaux. Dans ces communautés, disséminées dans tout le pays, vivent à peu près 211,000 personnes dont la plupart sont des populations autochtones (première nation, inuit et métis). Incontestablement, les GD figurent au premier rang parmi les fournisseurs. Plus précisément, 72% des communautés éloignées privilégient l’utilisation des générateurs à combustion fossile, plus particulièrement le diesel afin de s’auto-suffire en énergie électrique.En dépit de nombreux avantages qu’ils possèdent (fiabilité et stabilité), les GD présentent plusieurs inconvénients et leur usage pose de sérieux problèmes environnementaux, sociaux, économiques et techniques. En effet, dans un contexte de production d’électricité en régions éloignées, l’utilisation de GD, seuls ou en hybridation avec des sources d’énergies renouvelables fait face à des problématiques techniques bien connues. L’instabilité électrique qui caractérise souvent les réseaux isolés, qui est due au caractère fluctuant des ressources renouvelables et aux variations de la charge, induit un fonctionnement des GD en régime dynamique transitoire et/ou à faibles charges. De plus, un fonctionnement prolongé des GD à faibles niveaux de charges favorise la condensation des résidus de combustion sur les parois de cylindres de moteurs des GD ce qui, au bout d’un certain temps, augmente la friction, diminue leur rendement et accroît leur consommation en carburant et assure une usure prématurée.D’autre part, l’organisation maritime internationale (OMI) a adoptée des règles relatives aux polluants atmosphériques provenant des navires notamment des moteurs de propulsion et des GD, ainsi que des mesures obligatoires relatives au rendement énergétique ayant pour objectif de réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES) d’au moins 50% d’ici 2050 par rapport à 2008. Des nouveaux plafonds mondiaux de la teneur en soufre du fuel-oil utilisé ainsi des limites d’émission pour les oxydes d’azotes (NOx) ont été récemment adopté poussant ainsi les manufacturiers à optimiser leurs moteurs et groupes électrogènes diesel par des technologies basées sur des solutions de prétraitement, traitement-internes et de post-traitement. Une réduction progressive des émissions a été adoptée et la création de zones de contrôle des émissions dans des zones maritimes désignées ont vu le jour.Cette thèse présente une analyse et une comparaison détaillées des différentes technologies et solutions permettant l’optimisation des performances opérationnelles, écologiques et énergétiques des GD d’un part, et les techniques les plus adaptables aux GD sans apporter de modifications majeures à l’architecture de leurs moteurs afin d’optimiser leurs performances et réduire leurs consommations de carburant, d’autre part. Elle expose également le fonctionnement des GD en sous-performances et la détection des indices de dégradation du rendement basée sur les analyses de gaz d’échappement. Elle expose de plus, une nouvelle technologie électrique brevetée au Canada, aux États-Unis et en Australie connue sous le nom de Genset-Synchro et qui n’a jamais fait l’objet d’une application commerciale ou d’un projet pilote.D’autre part, les résultats expérimentaux obtenus dans cette thèse concernant la suralimentation d’un moteur diesel, ont démontré le grand potentiel du système hybride éolien-diesel-stockage d’air comprimé pour des applications à petite et à moyenne échelle surtout pour les communautés isolées et qui sont situées dans des régions possédant une ressource éolienne suffisante pour une exploitation commerciale. L’utilisation du jumelage éolien-diesel avec stockage d’air comprimé dans ces réseaux pourrait donc réduire les déficits d’exploitation.Finalement, pour le cas de l’industrie de transport maritime, un système de lavage de gaz a été choisi pour l’étude. De plus, une étude techno-économique a été réalisée sur les différentes technologies permettant l’optimisation écologique et énergétique des groupes électrogènes diesel marins et qui sont forcés à rencontrer les exigences relatives au contrôle des émissions des navires et la réglementation sur l’efficacité énergétique adoptés par l’OMI depuis 2015.Des simulations numériques, mathématiques, des bancs d’essais avec des tests pratiques et des analyses techno-économiques des systèmes sont de ce fait étudiés pour des applications d’électrification autonomes (hors réseau).Le contenu de la thèse est présenté sous forme de huit articles originaux publiés dans des journaux scientifiques avec comité de lecture. Chacun de ces articles fait, au moment de sa soumission, l’objet de l’état de l’avancement de l’étude, selon la méthodologie détaillée dans le chapitre I. -- Mot(s) clé(s) en français : Groupes électrogènes diesel, Optimisation, Performance, Faible charge, site isolé, Marpol Annexe VI, Alternateur Genset-Synchro, Système hybride éolien-diesel SHEDAC, Scrubber. »--