Conception d’un stockage d’énergie éolienne pour une entreprise minière isolée du réseau : faisabilité du stockage par batteries à flux

Robert, Armel (2023). Conception d’un stockage d’énergie éolienne pour une entreprise minière isolée du réseau : faisabilité du stockage par batteries à flux. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le monde contemporain doit faire face, comme il est appelé par certains écrivains et scientifiques, au défi du siècle : le dérèglement climatique. Des actions fortes doivent être engagées pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. De l’échelle du citoyen, au plus puissant des pays en passant par les entreprises; c’est la mission de tout un chacun. Certaines compagnies minières, qui sont de grandes émettrices, décident de faire leur part du travail en s’attelant à leur processus de décarbonation. Elles ont d’ailleurs des prédispositions prometteuses et beaucoup à y gagner.

Ce mémoire de recherche traite de la conception et du dimensionnement d’un système de stockage par batterie à flux au vanadium couplé à un parc éolien. Le cas d’étude est un site minier isolé du réseau qui, aujourd’hui, produit son énergie grâce aux combustibles fossiles. L’objectif final de la mine est de décarboner ses activités et donc de réduire sa consommation de diesel. Une étude approfondie des caractéristiques du site industriel est proposée; elle englobe les demandes électriques thermiques qui pèsent sur le réseau 25 kV.

La construction d’un nouveau parc éolien est développée dans le but d’augmenter considérablement la production renouvelable. Mais certaines génératrices au diesel doivent être conservées pour des problématiques thermiques. Des batteries redox complètent ce mix énergétique. Pour mettre tout cela en forme un modèle est créé afin de simuler le comportement de la mine en fonction des différentes configurations possibles en termes de nombres d’éoliennes, de capacité de batterie et de génératrices branchées sur le réseau. Ce modèle robuste se sert des chiffres des années précédentes adaptées avec certaines hypothèses pour produire toutes les données utiles à l’élaboration d’une étude économique portant sur l’intérêt et la rentabilité du projet.

Plusieurs scénarios sont proposés en fonction des critères importants retenus. D’après le modèle utilisé, la plus grande économie possible de diesel intervient avec un système à 12 éoliennes E-115 supplémentaires, une batterie redox de 20MW/160MWh et aucune génératrice gardée en fonctionnement continu. Les économies de diesel s’élèvent alors à 64 % pour environ 68 000 tCO2 équ. évitées. Il est également discuté des autres opportunités qui s’offrent à l’entreprise pour décarboner ses activités, et elles sont nombreuses.

Titre traduit

Design of a wind energy storage for an off-grid mining company: feasibility of redox flow battery storage

Résumé traduit

The contemporary world is now facing what has been described by many scholars and scientists as the challenge of the century : climate change. Strong actions must be taken as soon as possible in order to reduce greenhouse gas emissions. On every scale, from the individual to the most influential countries and companies, everyone has a part to play in securing a safer future. Specifically, some mining companies, leading the way in a very emitting industry, are getting more involved in the global effort by fast-tracking their decarbonization process. They have a promising predisposition, and much to gain.

This research paper deals with the design and sizing of a vanadium flow battery storage system coupled to a wind farm. The case study is an off-grid mining site that currently meets most of its vast energy needs with fossil fuels. The ambition of this mine is to fully decarbonize all its operations, thus completely freeing itself from the need for diesel. A comprehensive study of the industrial site characteristics is proposed, including the thermal and electrical demands on the 25 kV grid.

The construction of a new wind farm is being developed to significantly increase on-site renewable power generation. Despite this, a small portion of the diesel generators must remain in operation during and after the decarbonization effort, as they serve the purpose of generating an amount of heat that could not be reasonably obtained from renewable sources. Redox batteries will complete this energy mix. To shape all of this, a model is created to simulate the behavior of the mine’s grid, based on different possible configurations in terms of the number of wind turbines, battery capacity, and generators connected to the grid. This robust model uses real figures from previous years’ measurements and reports, adapted with certain assumptions to produce all the data needed to develop an economic study on the feasibility and profitability of the project.

Several scenarios are proposed depending on the important criteria selected. According to the model used, the greatest possible diesel savings occur with a system of 12 additional E-115 wind turbines, a 20MW/160MWh redox battery and no generators kept on continuously. The diesel savings amount to 64 % for approximately 68,000 tCO2 equ. avoided. Other opportunities for the company to decarbonize its operations are also discussed, and there are many.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en énergies renouvelables et efficacité énergétique". Comprend des références bibliographiques (pages 191-198).
Mots-clés libres:	décarbonation, énergies renouvelables, stockage d’énergie, système hors réseau, énergie éolienne, batterie à flux, batterie à flux au vanadium
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Rousse, Daniel R.
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	16 juin 2023 18:09
Dernière modification:	29 août 2023 17:26
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3230

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