Solution intégrée d'énergie hybride éolienne-solaire pour les îles éloignées

Résumé

Cette proposition présente une solution innovante d'énergie intégrée qui combine en profondeur l'énergie éolienne, la production d'électricité photovoltaïque, le stockage d'énergie par pompage-turbinage et les technologies de dessalement d'eau de mer. Elle vise à aborder de manière systématique les défis centraux auxquels sont confrontées les îles éloignées, y compris la difficulté de couverture du réseau électrique, les coûts élevés de la production d'électricité au diesel, les limitations du stockage de batteries traditionnelles et la rareté des ressources en eau douce. La solution atteint une synergie et une autonomie dans "l'approvisionnement en énergie - le stockage d'énergie - l'approvisionnement en eau", offrant un chemin technologique fiable, économique et vert pour le développement durable des îles.

I. Domaine Technique et Défis Contextuels

1. Domaine Technique

Cette solution est une technologie interdisciplinaire et globale, englobant principalement :

• Génération d'énergie renouvelable : Énergie éolienne et solaire photovoltaïque.
• Stockage d'énergie physique à grande échelle : Technologie de stockage d'énergie par pompage-turbinage.
• Utilisation globale des ressources en eau : Technologie de dessalement d'eau de mer par osmose inverse.
• Contrôle intelligent efficace : Contrôle coopératif multi-énergie et gestion de l'énergie.
1. Défis Contextuels
• Dilemme de l'approvisionnement en énergie : Les îles éloignées sont loin des réseaux continentaux et dépendent généralement de générateurs diesel coûteux. Sujettes aux fluctuations des prix du pétrole international et aux difficultés de transport du carburant, cela entraîne des coûts élevés d'électricité et une fourniture instable, limitant sévèrement le développement économique local et la qualité de vie des résidents.
• Limites du stockage traditionnel : Les systèmes complémentaires éolien-solaire dépendent uniquement du stockage de batteries, qui font face à quatre principaux goulets d'étranglement : durée de vie courte (nécessitant des remplacements fréquents), coût élevé, risques potentiels de pollution environnementale et capacité de stockage limitée. Ces limites rendent difficile le soutien aux besoins énergétiques à grande échelle et à long terme des îles.
• Contradiction de la demande en ressources : Les îles souffrent d'une rareté de ressources en eau douce. L'approvisionnement quotidien en eau dépend du transport externe ou de petites unités de dessalement à haute consommation d'énergie, toutes deux extrêmement coûteuses. Les systèmes de production d'électricité existants et les installations de production d'eau douce fonctionnent de manière isolée, ne parvenant pas à réaliser une utilisation synergique de l'énergie et des ressources.

II. Solution Technique Centrale et Composition du Système

Le système se compose de trois modules centraux, coordonnés de manière organique par un contrôleur intelligent.

III. Principes de Fonctionnement du Système (Trois Processus Centraux)

1. Logique de Distribution et de Contrôle Intelligent de l'Énergie (dirigé par le contrôleur)

Le cœur du système est le contrôleur intelligent, qui compare en continu "la production totale d'énergie éolienne et solaire" avec "la demande totale de charge (consommation des résidents + consommation de l'unité de dessalement)" :

• Scénario 1 : Génération ≥ Demande de Charge
• La priorité est donnée à la recharge des batteries de petite capacité pour reconstituer leur charge.
• Lorsque les batteries sont pleines, l'unité de stockage par pompage est automatiquement activée en mode de pompage, convertissant l'électricité excédentaire en énergie potentielle.
• Si de l'énergie reste en excès, l'unité de dessalement d'eau de mer est priorisée pour fonctionner à pleine capacité, convertissant l'électricité en précieuses ressources en eau douce.
• Scénario 2 : Génération < Demande de Charge
• L'unité de stockage par pompage est automatiquement activée en mode turbine pour la production hydroélectrique.
• Simultanément, les batteries déchargent pour gérer les pics de charge instantanés, travaillant ensemble pour couvrir le déficit de production et assurer une alimentation continue en électricité.
1. Processus de Fonctionnement du Stockage par Pompage-Turbinage
• Phase de Stockage d'Énergie (Charge Faible / Génération Renouvelable Élevée) : Utilise l'énergie éolienne et solaire excédentaire à faible ou zéro coût pour pomper l'eau de mer du réservoir inférieur (par exemple, niveau de la mer) vers le réservoir supérieur surélevé. Cela permet un stockage d'énergie à grande échelle, de longue durée et sans pertes.
• Phase de Libération d'Énergie (Charge de Pointe / Aucun Vent ou Soleil) : Utilise la différence de hauteur pour libérer l'eau, qui descend pour faire tourner la pompe-turbine réversible et générer de l'électricité. Ce processus démarre rapidement et répond de manière rapide, atténuant efficacement l'aléatoire et l'intermittence de la production d'énergie renouvelable.
2. Processus Synergétique de Dessalement d'Eau de Mer

L'eau de mer est prélevée et passe successivement par un filtre multimédia (élimination des grosses particules) et un filtre cartouche (filtration fine). Elle est ensuite pressurisée par la pompe haute pression et envoyée aux modules de membranes d'osmose inverse pour produire de l'eau douce, qui est stockée dans le réservoir de produit. Ce processus entier est alimenté par l'électricité du système. Agissant comme une charge interruptible, ajustable et de haute qualité, il réalise parfaitement le concept synergétique de "produire de l'eau avec de l'électricité, utiliser la production d'eau pour le stockage implicite".

IV. Avantages de la Solution

• Utilisation Maximale des Ressources : Exploite pleinement les ressources éoliennes et solaires abondantes de l'île, remplaçant complètement ou réduisant considérablement la dépendance aux importations de diesel, réduisant les coûts énergétiques à la source et atteignant l'autonomie énergétique.
• Optimisation Révolutionnaire de la Solution de Stockage : Le modèle de stockage hybride, "Stockage par pompage-turbinage principal + Batteries de petite capacité secondaires", surmonte fondamentalement les quatre principaux inconvénients des batteries traditionnelles. Il offre des avantages absolus : capacité de stockage massive, longévité (décennies), respect de l'environnement et coût global faible.
• Amélioration Significative de la Stabilité et de la Fiabilité de l'Approvisionnement en Énergie du Système : Le stockage par pompage-turbinage peut répondre rapidement aux changements de charge, offrant des capacités de pointe et de régulation de fréquence puissantes. Combiné avec les batteries gérant les fluctuations instantanées, il confère au réseau de l'île une stabilité et une qualité d'énergie comparables à celles des réseaux traditionnels.
• Satisfaction Synergétique de Plusieurs Besoins, Tuer Deux Oiseaux d'Une Pierre : Intègre de manière innovante le dessalement d'eau de mer comme charge du système, résolvant simultanément les deux défis cruciaux de survie et de développement que sont "le manque d'électricité" et "le manque d'eau" sur les îles. Il réalise une intégration de haut niveau dans "la production d'énergie - le stockage d'énergie - la production d'eau douce", générant des bénéfices globaux significatifs.
• Avantages Environnementaux et Verts à Faible Émission de Carbone : Le processus entier est basé sur l'énergie renouvelable, entraînant des émissions de carbone nulles. Il réduit considérablement l'utilisation et la pollution associées aux batteries plomb-acide. Il offre un chemin de développement vert durable pour les communautés insulaires, apportant des avantages écologiques substantiels.