Design and optimization of renewable energy-based electrification and water pumping systems

Résumé

Dans cette recherche, la conception et l'optimisation d'un système basé sur les énergies renouvelables pour une double application, à savoir l'électrification et le pompage de l'eau, sont étudiées. L'énergie produite par le système renouvelable est d'abord utilisée pour l'électrification, tandis que l'excédent d'énergie est utilisé pour le pompage d'eau à diverses fins, comme l'approvisionnement en eau d'une petite communauté ou l'irrigation. Deux concepts, la probabilité de perte d'alimentation électrique (LPSP) et la probabilité de pénurie d'eau (WSP), sont utilisés pour évaluer la fiabilité du système. Par ailleurs, pour évaluer la faisabilité de l'étude, divers paramètres économiques, tels que la période de retour sur investissement, les dépenses en capital (CAPEX) et le coût actualisé de l'énergie, sont pris en compte. Deux types de systèmes énergétiques sont considérés dans cette recherche : un système photovoltaïque (PV) avec stockage par batterie (BESS) et un système combinant PV, éolienne (WT) et BESS. Le premier système énergétique (PV-BESS) est supposé être utilisé pour une petite maison avec une consommation énergétique constante tout au long de l'année, où l'excédent d'énergie est affecté à l'irrigation d'une ferme située dans le sud de l'Iran, une région dotée d'un fort potentiel solaire. Le second système énergétique (PV-WT-BESS) est évalué pour une petite communauté au Québec, où la consommation d'électricité varie au cours de l'année (nettement plus élevée en hiver). Dans ce cas, l'excédent d'énergie des éoliennes et des panneaux photovoltaïques est utilisé pour approvisionner la communauté en eau. Un algorithme personnalisé pour les calculs numériques et une stratégie de répartition énergétique sont employés. En résumé, dans cette stratégie, la priorité est donnée à la production d'électricité, suivie de la charge des batteries. Une fois ces conditions remplies, l'excédent d'énergie est employé pour le pompage de l'eau. L'objectif principal de cette étude est de démontrer la faisabilité d'un système basé sur les énergies renouvelables pour l'électrification et l'utilisation de l'excédent d'énergie pour le pompage de l'eau. De plus, cette recherche vise à montrer dans quelle mesure la tolérance de l'utilisateur, en termes de LPSP ou de WSP, peut réduire la taille du système et, par conséquent, son CAPEX. Une optimisation multi-objectifs est réalisée en utilisant la méthode NSGA-II afin de trouver un front de Pareto qui satisfait les utilisateurs ayant diverses tolérances ainsi que des objectifs économiques. Il convient de noter que cette étude prend en compte le fait que, dans des projets réels, un système conventionnel tel qu'un générateur diesel doit être intégré à la conception pour pallier l'intermittence des énergies renouvelables ou les problèmes de maintenance. Cependant, cette étude vise à augmenter la pénétration des énergies renouvelables dans les communautés éloignées ayant un accès limité ou inexistant à l'électricité du réseau.

Date	22 août 2025
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Daniel Rousse (Directeur(-trice))