Études de cas de systèmes non raccordés au réseau
Voici quelques exemples d'éoliennes de petite puissance non raccordées au réseau, au Canada et aux États-Unis.
Ferme non raccordée au réseau dans le sud de l'Alberta, au Canada (turbine de 10 kW)
Un petit système éolien indépendant installé dans le sud de l'Alberta permet à une ferme de fonctionner indépendamment du réseau. La ferme a été raccordée au réseau, mais le propriétaire désirait avoir une alimentation électrique autonome et réduire l'impact sur l'environnement de l'utilisation de l'énergie électrique de sa ferme et de sa maison. Le système d'énergie éolienne de la ferme assure l'alimentation électrique à une résidence familiale de quatre membres, à un atelier d'usinage, à un puits d'eau et à l'éclairage de la cour.
La charge de pointe avoisine les 5 kW. La carte du vent du Canada montre que la région a une vitesse de vent moyenne annuelle de 18 km/h (5 m/s) à 10 mètres de hauteur. Le courant électrique est produit par une éolienne de 10 kW installée sur une très haute tour de 33 mètres. Le courant produit par la turbine éolienne est redressé (conversion du courant alternatif en courant continu) à une tension de 48 volts C.C. pour être ensuite stocké dans des batteries de haute qualité et à faible entretien, à électrolyte gélifié et à décharge complète, d'une capacité de 1000 Ah. Un onduleur de 5 kW alimente ensuite la ferme et la maison en courant de 120 et 240 volts alternatif. Afin de réduire les charges de pointe et la consommation d'énergie électrique, la plupart des appareils consommateurs d'énergie – la cuisinière, le sèche-linge, l'appareil de chauffage et le chauffe-eau – sont alimentés en gaz naturel. Le matériel complémentaire nécessaire pour le contrôle de l'énergie électrique sans risque inclut un commutateur inverseur, des dispositifs de contrôle du chargement des batteries, un système de surveillance et une protection du circuit. Si l'éolienne a chargé les batteries et produit toujours de l'électricité, un régulateur de charge de délestage « décharge » (ou « dévie ») le courant en excès pour le préchauffage de l'eau du chauffe-eau.
Ce système est plus puissant qu'un système qui serait nécessaire à une maison non agricole, car il fournit de l'électricité aussi bien à la maison qu'à la ferme. Le prix une fois installés, de la turbine éolienne, de la tour, des batteries haut de gamme et du matériel complémentaire d'équilibrage du système, était de 60 000 $ canadiens (1997). La ferme est à présent débarrassée des augmentations des prix du service public et l'énergie électrique consommée a un faible impact sur environnement.
Ferme non raccordée au réseau dans le centre de l'Alberta, au Canada (turbine de 10 kW)
La prairie vallonnée d'Alberta, entre Calgary et Red Deer, est l'une des régions agricoles les plus productives de l'Ouest canadien. Avec quelques arbres, des sols en profondeur et une vue sur un paysage quelque peu montagneux à l'ouest, cette extrémité des Grandes Plaines est un endroit spectaculaire. Elle engendre le sentiment d'indépendance et s'honore d'un esprit de pionnier.
En 1989, un agriculteur de culture de blé qui désirait être indépendant du service public d'électricité, a acheté une éolienne de 10 kilowatts pour tous ses besoins en électricité, y compris une résidence familiale de quatre membres, un atelier d'usinage, un puits d'eau et l'éclairage de la cour. L'exploitation de blé de Trochu était déjà raccordée au réseau, mais l'objectif de l'agriculteur était d'avoir un système indépendant qui survivrait à l'inflation et qui aurait moins d'impact sur l'environnement, par comparaison au charbon utilisé pour produire l'électricité du réseau.
Le coût du système installé -- utilisant une très haute tour de 33 m et des batteries à électrolyte gélifié et à revêtement en acier -- était de 55 000 $ canadiens. L'agriculteur de Trochu découvra peu de temps après que le système produisait plus d'énergie électrique qu'il n'en utilisait, de sorte qu'il ajouta un système de « charge de délestage » personnalisé pour tirer profit de l'électricité excédentaire pour le chauffage des locaux. Cet utilisateur d'énergie éolienne est très heureux d'être un producteur d'électricité indépendant; il est content de son équipement et de la quantité d'énergie qu'il produit. Il a acquis beaucoup de connaissances sur son système et se sent très à l'aise pour effectuer toutes les opérations de routine touchant à l'entretien et à l'exploitation du système. Il pense que son investissement vaut la peine, en prenant en considération la longue durée de vie prévue de l'équipement, l'indépendance énergétique et la réduction de l'impact du système sur l'environnement.
Les caractéristiques du système sont comme suit :
- Type de système : Turbine éolienne à axe horizontal, pales au vent (en amont de la tour)
- Modèle : Générateur BWC EXCEL
- Alternateur triphasé, à fréquence variable et à tension variable
- Puissance nominale de sortie : 10 kilowatts
- Capacité de la batterie : 1000 Ah à 48 V C.C.
Maison non raccordée au réseau, au Colorado (États-Unis) (turbine de 1,5 kW)
Cette maison, construite à Ward, dans le Colorado (à une hauteur de 9000 pieds, soit 2743 mètres), est restée non raccordée au réseau depuis sa construction en 1972. Lorsque cette maison fut construite, le service public le plus près était à plus d'un mille, et cela aurait coûté entre 60 000 $ et 70 000 $ US (sur la base des tarifs de 1985) pour se brancher sur les lignes de distribution du service public. Les propriétaires ont décidé d'installer un système électrique hybride alimenté par le vent, l'énergie solaire et un générateur pour un prix de 19 700 $ US.
Les caractéristiques du système sont comme suit -- aérogénérateur : Bergey de 1,5 kW, rotor de diamètre 10 pieds (3 m), une tour de 70 pieds. (21 m); panneaux photovoltaïques : Solarex, 480 watts ; groupe de batteries : 24 V C.C., 375 Ah; onduleur : marque Trace, onde sinusoïdale, 4 kW, 120 V C.A., monophasé; générateur : Onan de 6,5 kW, fonctionnant au propane comme combustible, (reclassifié à 3 kW pour l'altitude). Les appareils électriques se trouvant dans la maison comprennent un poste de télévision, une chaîne stéréo, deux ordinateurs, un grille-pain, un mixeur, un aspirateur et un sèche-cheveux.
Les charges électriques les plus élevées sont créées par une pompe de puits et une machine à laver. Le générateur fonctionne environ 20 % du temps, particulièrement durant le fonctionnement de la machine à laver. Le propane sert aux principales autres charges dans la maison : cuisinière, réfrigérateur, chauffe-eau et chauffage des locaux. Les capteurs solaires se trouvant sur le toit assurent le préchauffage de l'eau chaude.
Chalet non raccordé au réseau près de la baie Georgienne, au Canada (turbine de 1,5 kW)
Lorsque Gard Shelley et sa femme visitent leur chalet dans la région des 30 000 ïles de la baie Georgienne, ils peuvent profiter du confort de la maison grâce à la combinaison du vent et de l'énergie solaire.
S'étendant sur une centaine de milles le long du côté nord-est du lac Huron, la baie Georgienne est entourée de petites îles, un paysage de granite rose et d'arbres. Mais cela revient trop cher à Toronto Hydroelectric d'acheminer des câbles aux îles de la périphérie. Shelley estime qu'il aurait dû payer des frais d'installation de 60 000 $ US juste pour se connecter au réseau électrique du service public, ce qui aurait nécessité l'acheminement d'un câble sur une distance de près d'un mille (1,6 km) sous l'eau à partir du territoire continental. Par contre, l'achat de son Southwest Windpower H1500 coûta seulement dans les 10 000 $ en 1996.
Shelley engagea un entrepreneur local pour installer la turbine éolienne de 1,5 kW sur une tour de 24 pieds (7,32 m), mais le coup de main qu'il donnait dans le cadre de l'installation était tellement important qu'un voisin lui lança : « Hé!... fais-çà pour moi! »; il décida d'en faire un emploi secondaire à son entreprise. Il estime que depuis lors, il a contribué à l'installation de 15 à 20 aérogénérateurs dans la région de la baie Georgienne, et peut-être de 75 à 100 dans l'est du Canada.
Du fait qu'elle constituait un système autonome, l'installation de Shelley n'avait pas nécessité la négociation d'une convention d'interconnexion ou d'un autre arrangement de sa compagnie d'électricité. De même, aucun permis spécial ne fut requis. La base de la tour de 24 pieds (7,31 m) est à peu près à 10 pieds (~ 3 m) au-dessus du niveau de la mer, sur un point complètement exposé aux vents dominants de l'ouest.
Shelley et son épouse utilisent leur maison de campagne de la baie Georgienne du mois de mai à fin octobre. Ils utilisent généralement 4 à 5 kWh/jour lorsqu'il sont dans la résidence, et près de 1,5 kWh/jour (pour faire fonctionner un réfrigérateur) lorsqu'ils n'y sont pas. Shelley peut compter sur l'aérogénérateur pour produire une énergie électrique de 0 à 20 kWh par jour, soit près de 6 kWh/jour en moyenne. Un système d'énergie solaire complémentaire fournit en moyenne une énergie complémentaire de 0,75 kWh/jour. Le système hybride utilise un groupe de batteries de 20 kWh pour assurer la réserve d'énergie nécessaire au moment ou l'on en a besoin.
Le système nécessite très peu d'entretien. En plus d'éviter les coûts importants d'interconnexion avec le réseau de Toronto Hydroelectric, Shelley estime que le système lui a fait économiser un montant additionnel de 1000 $/an de factures d'électricité.
Maison non raccordée au réseau près de Silver Islet, Ontario (turbine de 1,3 kW)
Silver Islet est une collectivité de chalets d'été ayant un faible nombre de résidents à plein temps, située approximativement à 100 kilomètres de la ville de Thunder Bay, en Ontario. Le réseau d'Ontario Hydro est situé à plusieurs milles et la plupart des propriétaires de chalets utilisent des poêles à bois, des appareils fonctionnant au propane, des lanternes à huile et des générateurs à essence lorsqu'ils ont besoin d'électricité.
La région de Thunder Bay dispose généralement d'un bon régime solaire. Même en hiver lorsque les journées sont courtes, le ciel est généralement clair et le soleil brillant. Cet endroit particulier situé sur la côte du lac Supérieur est également idéal pour l'énergie éolienne.
Cam et Brenda Snell habitent toute l'année dans cette collectivité éloignée. Ils ont choisi d'assurer l'alimentation électrique de leur maison en bois rond à l'aide d'un système hybride photovoltaïque solaire/éolien. Ce système d'énergie leur donne la possibilité de vivre avec des commodités modernes et confortables au milieu de l'incroyable beauté de ce milieu sauvage du Nord.
Les caractéristiques du système sont comme suit :
- Quatre panneaux solaires Siemens PC4 de 75 watts (4,4 A à 12 V C.C.), configurés pour 24 volts, pour un réseau d'une capacité de 8,8 ampères à 24 V C.C.; le tout sur un dispositif de poursuite Wattsun à axe unique.
- Installation personnalisée sur mât d'un réseau sur terrasse
- Aérogénérateur Whisper 1300 watts à 2 pales (modèle haute tension) sur une montagne située derrière la maison; 125 m de câble Teck.
- Tour en tube d'acier de 15 m avec mât de levage pour faciliter l'abaissement pour l'entretien.
Dans le hangar de l'installation, on trouve le matériel suivant. Onduleur : Trace 4024 SW, avec sectionneur à fusibles C.C., dans un compartiment isolé; groupe de batteries : 820 Ah composé de batteries Surrette double-boîtier de 6 volts avec « hydrocaps » (« bouchons transformant l'hydrogène dégagé en eau ») , dans un compartiment étanche isolé et aéré qui incorpore une lampe de 40 W installée dans un luminaire antidéflagrant pour le chauffage du compartiment au besoin; régulateur de déviation de charge (régulation de la charge de délestage) : Enermaxer 60 A, avec bloc de résistance personnalisé de 1850 W et un transformateur blindé; redresseur et frein de l'aérogénérateur; disjoncteur du système d'énergie solaire avec dispositif de commande manuelle personnalisé pour le dispositif de poursuite; générateur de secours : 4,5 kW, alimenté au propane.
Dans la maison : Photron MPC-3m à distance pour surveiller la tension des batteries, la température du compartiment des batteries, la consommation de courant et la production de courant du système.
Ce système d'énergie renouvelable fut installé en automne 1995. Cam et Brenda ont appris à vivre avec le système, en ajustant leurs habitudes de consommation en fonction des conditions météorologiques. Le système fournit de l'électricité pour la plupart des besoins ordinaires du ménage, en l'occurrence l'éclairage, une chaîne stéréo, un téléviseur/magnétoscope, des petits appareils de cuisine, un four à micro-ondes, un aspirateur, des outils électriques, un sèche-cheveux, une pompe à eau immergée (120 V C.A.), une machine à laver et un réfrigérateur/congélateur Vestfrost très efficace à deux compartiments et deux compresseurs.
Cette maison est chauffée à l'aide d'un poêle à bois et deux appareils de chauffage au propane; la cuisinière et le chauffe-eau utilisent du propane; en cas de besoin, un générateur de secours fournit l'énergie électrique et charge le groupe de batteries à travers la fonction de veille de l'onduleur.
L'avantage d'un système hybride dans ce climat et cette latitude réside dans la manière dont l'énergie solaire et l'énergie éolienne se complètent. Un système solaire peut subvenir à la plupart des besoins durant l'été lorsque le nombre d'heures de lumière du jour est plus grand et que les besoins en électricité sont moindres. En hiver, le nombre d'heures de lumière du jour est réduit, mais généralement le vent est plus fort, plus froid et par conséquent plus puissant. Un système de ce type peut être utilisé pour fournir de l'énergie électrique pour les besoins du ménage tant que l'économie d'énergie fait partie de la routine des propriétaires.
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