Difference between revisions of "Pôle de réflexion et d'action sur les énergies alternatives"

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Le but

Il est très simple et réalisé en trois temps :

• Réfléchir sur la mise en pratique des moyens de production alternatifs nomades.
• Réaliser un paquet "Energie universelle" (production-stockage-distribution-interconnexion)
• Tester sur le terrain ce paquet "Energie universelle"

Comme il ne s'agit pas de tout réinventer, une majeure partie des réalisations existent déjà et nécessitent quelques modifications. De plus l'expérience déjà acquise lors de deux camps alternatifs (Les Estives Numériques, Le Camp Action Climat) est retranscrite ci-après.

Retour d'expérience

Estive Numérique

http://www.estivenumerique.org

Comment technologies numériques, nature et patrimoine peuvent-ils s'associer? Comment passé et avenir se connectent au travers des nouvelles technologies ? Relations Art & Sciences dans le contexte rural et montagnard. Peut-on faire évoluer les productions alimentaires et industrielles dans le contexte des bouleversements climatiques et économiques ? Démocratie numérique, transparence, outils et services de partage du savoir et de l'information: comment réintégrer le citoyen dans la marche du monde ? Autarcie en 2010: nouveau modèle durable ou repli survivaliste ?

Pour comprendre les motivations profondes des estives numériques lire cet éditorial (trop long pour être mis sur ce wiki) : lien ci-dessous.

http://www.estivenumerique.org/about

wiki préparation (http://www.estivenumerique.org/wiki/index.php?title=Preparation)

Infrastructure énergétique : 16 panneaux photovoltaïques de 200W + onduleur 4kW

http://www.flickr.com/photos/paulav/4930782094/in/set-72157624688736139

Camp Action Climat

http://campclimat.org/

Né d'un élan mondial toujours vivant, c'est sous l'égide de plusieurs collectifs non hiérarchisés que les premiers camps climat ont pu être établis en France en 2009 à Notre Dame des Landes pour lutter contre le futur (2nd) aéroport de Nantes en et au Havre en 2010 pour dénoncer l'injustice du pétrole et de ses exploitants comme TOTAL.

Les 4 piliers du Camp Action Climat :

• La résistance aux crimes climatiques et à l'affairisme irresponsable par l'action directe de désobéissance
• Le développement d'alternatives concrètes pour un mode de vie soutenable
• L'éducation, à travers la discussion et les ateliers d'échanges de savoirs
• La construction d'un large mouvement international pour une justice climatique

Infrastructure énergétique de 1500W (théorique) : X Panneaux solaires , 1 Éolienne grand modèle, 1 Éolienne petit modèle (300W), 1 groupe électrogène de secours fonctionnant à l'huile végétale (recyclage) 1 groupe de batterie tampon/stockage Éolien (2x4 batteries 12V serie/parallèle), 1 groupe batterie tampon/stockage Panneau solaire (2 batteries professionnelles longue durée, forte charge marque japonaise) au moins 1 convertisseur de tension 220V/500W

http://campclimat.org/local/cache-vignette* Mesure d'illumination.s/L600xH400/100725-28_Le_Havre_DM_197__31295-267e6.jpg

Retour d'expérience

Abordées avec la simplicité propre aux énergies alternatives classiques, dans les deux cas, les sources d'énergie se sont montrées justes ou insuffisantes.

On peut supposer que la cause en est :

• Le sous-dimensionnement des moyens de production et l'absence de stockage.
• La non prise en compte du caractère aléatoire du climat ainsi que des conditions géographiques limitant l'efficacité des moyens de production d'énergie renouvelable (ex : position des sources de production sur le versant sombre de la montagne).
• La non prise en compte des postes de consommation nocturnes.
• L'absence de la source d'énergie de secours correctement dimensionnée.
• L'absence de préparation et estimation des besoins réels en énergie.
• L'absence d'infrastructure de distribution efficace! (rallonge 220V)
• L'absence de gestion du stockage de l'énergie produite (centrale de production/consommation)

Réflexion sur la faisabilité

Un vaisseau spatial autonome

Théoriquement et techniquement faisable en considérant le camp comme un vaisseau spatial autonome ! Pour cela il faut reprendre en compte l'expérience accumulée durant les 50 ans d'exploration spatiale du proche et lointain espace.(ex : Certains satellites français ont même plus que doublé leurs temps de leurs missions.) et reprendre les mêmes préceptes utilisés dans le spatial pour alimenter un satellite que pour un camp sur terre.

Quelles sont les différences et les similitudes entre environnement spatial et environnement terrestre?

• Le soleil est présent toute l'année. Il est source de plusieurs types d'énergies (IR, UV, visible, etc...).
• Sur terre, intervention possible sur les installations, sur leurs fonctionnements et leurs améliorations.
• Dans l'espace, il n'y a pas de vent!
• Pas de biologie dans l'espace! (compost, fermentation et gazéification des déchets, etc.)
• Environnement spatial stable.
• Environnement terrestre chaotique.

Etc.

Les stratégies d'alimentation dans le domaine spatial peuvent-elles être utilisées/inspirées les stratégies d'alimentation sur terre?

La nécessité d'un moyen de production d'énergie indépendant des aléas de la nature. (Lequel?, dans quelle condition?, est-il nécessaire d'en créer un? etc.).

Exemple de document de référence : Spacecraft_power_technologies

Réflexion sur les méthodes et stratégies

Toujours inspirés du réel, les camps militaires sur théâtre d'opérations ont montré qu'il était possible de s'installer dans les régions les plus extrêmes! Mais ils nécessitent souvent un réapprovisionnement régulier! L'alimentation d'un camp alternatif est identique à l'alimentation d'un camp militaire. Les enjeux de survie sont identiques, mais pas les finalités. L'inaccessibilité des sources externes, l'isolement, les moyens techniques sont du même gabarit. .

Rem : Les deux dernières guerres Américaines sources d'une forte injustice, on eu malgré tout quelques retours positifs. L'usage du panneau solaire par l'armée américaine s'est montré très efficace dans ces pays. Au point de permettre aux forces sur place, de très forte réduction de consommation de carburant (groupes électrogènes). Une efficacité partagée aussi avec les insurgés (source d'énergie pour portable par exemple). le panneau solaire montre une certaine neutralité et si les conditions climatiques sont réunies, une réelle efficacité de terrain surtout en situation extrême.

Quelles sont les stratégies nécessaires pour la mise en place d'un système de production d'énergie alternatif inspiré du spatial?

Exemple de stratégie à compléter :

• Stratégie 1 : Produire et stocker toute l'énergie possible sans perte (ce qui n'est pas consommé est stocké)
• Stratégie 2 : Réduire au maximum les pertes de transformation et rendement
• Stratégie 3 : Planifier les besoins à l'avance (comme EDF et RTE).
• stratégie 4 : Favoriser le mode de stockage le plus adapté et le plus polyvalent et le plus transportable.
• Stratégie 5 : Réduire les normes de connexion actuelles aux stricts minimums (prise 220V normalisée, prise 12C normalisé)
• Stratégie 6 : Définir les types de stockage en fonction des utilisations finales (super condensateur, batterie, mécanique...).
• Stratégie 7 : Faciliter l'interconnexion avec le réseau électrique (normalisation de l'interconnexion).
• Stratégie 8 : Définir un moyen de production/distribution/interconnexion de secours.
• Stratégie 9 : Prévoir une entrée/Sortie compatible avec les moyens de production existants.

À COMPLÉTER.

Réflexion sur la définition des normes

La norme : C'est un moyen de définir des règles communes prenant en compte des limites rationnelles du système, les risques associés. L'ensemble de ses règles participe à la diffusion du dit système et l'échange d'information sur une base commune favorisant une évolution possible.

Normes proposées :

• La définition des barres d'alimentations*.
• Les tensions et courants utilisent pour les utilisateurs, mais aussi pour la production.
• Les moyens de connexions (basse et haute tension).

• Les protocoles de communication informatique & réseaux.
• Les puissances maximales autorisées.
• Les risques chimiques.
• Les risques électriques.
• Les normes de stockage.

etc.

(* Une barre d'alimentation est un terme utilisé dans le spatial pour désigner un canal défini par sa tension et son courant Max sur lequel des équipements peuvent se connecter pour s'alimenter. Il peut exister plusieurs barres d'alimentations différentes. Ainsi, les équipements peuvent se connecter sur plusieurs barres en même temps assurant ainsi une alimentation redondante ou de secours en cas de dysfonctionnement d'une des barres).

Exemple de norme de tension : Tensions disponibles  : 220V AC* 50 Hz, 110V AC* 60 Hz, 12V DC*, 24V DC*

AC* = Alternative Current DC* = Direct Current

Pourquoi la haute-tension :La perte lors du transport de l'électricité dépend selon la loi d'ohms de la valeur du courant et la distance de transit à travers la ligne. C'est pour cela que les tensions du Réseau de Transport Electrique sont élevées. Une très haute tension permet un faible courant autorisant la circulation de forte puissance sur de grandes distances. P = U x I. cependant, la pollution électromagnétique résultante de la haute tension en courant alternatif augmente considérablement induisant des champs électromagnétiques excessifs à proximité. Le second intérêt d'une forte tension :forte puissance disponible au démarrage . C'est la tension qui détermine l'impulsion de départ et non le courant.

Reflexion sur les moyens de production

Quels sont les moyens de production disponibles et accessibles présents & futurs ?

Les panneaux solaires

Technologie éprouvée dans les pires conditions.

• Durée de vie entre 10 et 30 ans (70% du rendement initial).
• Recyclable

Points problématiques d'une installation solaire!

• Le support
• L'orientation
• Le guidage
• La gestion du rendement par cellule
• Le câblage des installations
• La température dégagée par le panneau solaire.
• La température extérieure (la chaleur est l'ennemi du PS)

Le rendement et les types de cellules solaires

• Le rendement Max en laboratoire : 40 %
• Le rendement Max réel dans l'espace : 25%
• Le rendement Max réel sur terre : 18%

Panneau solaire plus qu'un simple panneau

• Thermique
• Transmission de signal par opto-infrarouge
• Senseur solaire
• Mesure d'illumination.

L'éolien (taille humaine)

Technologie éprouvée, mais fragile!

Durée de vie : Elle dépend de la météorologie et du carnet de maintenance. Rendement : Elle dépend du type d'alternateur monté.

Points problématiques d'une installation éolienne !

• Bruit.
• Cablage important.
• Partie mobile dangereuse.
• Interfaçage nécessaire.
• Surveillance permanente.

L'Étolienne plus qu'un simple générateur

• Production de force mécanique (moulin à vent)
• Mat d'antenne

Le thermique

(Pourquoi le thermique à base de charbon, pétrole, gaz reste une valeur sûre, mais polluante)

Sont réunis dans la section thermique, tous les moyens de productions d'énergie produisant de la chaleur par combustion (bois, biomasse, charbon, etc.) et explosion (Essence, gazole, kérosène, alcool, pétrole brut, etc.)

Technologie éprouvée dans les pires conditions.

• Durée de vie entre 10 et 30 ans (cela dépend du carnet d'entretien).
• Recyclable
• rendement faible, mais quantité importante.(fort rendement mécanique, faible rendement électrique)

Points problématiques d'une installation thermique!

• Le bruit.
• Le support.
• La pollution importante.
• Le carburant difficile à produire.
• Une fabrication DIY difficile.
• température élevée.

Une installation thermique plus qu'un moteur/alternateur

• Production de chaleur réutilisable.
• Énergie mécanique importante.
• Mobile

Moyens de production expérimentale

Tous les moyens de productions expérimentales existants ou à découvrir applicable sur un camp.

• bobine tesla.
• Fusion froide.

etc.

Moyens existants inapplicables

Tous les moyens de production existants inapplicables sur un camp alternatif.

La production d'origine Nuke

(Pourquoi ce n’est pas faisable sur un camp alternatif...Bien que je suis certain que des "fous" tenteront de le faire et n'assumeront pas les conséquences.)

Fabriquer son réacteur nucléaire... c'est possible!

http://www.youtube.com/watch?v=i0TlECFbjvM

Cette technologie "chouchou" des industriels a plusieurs défauts majeurs : sa dangerosité (le plus haut niveau de risque existant dans l'échelle des catastrophes), sa complexité (idéal pour créer de l'emploi artificiel) et son coût pour les générations présentes (en cas de catastrophe) et futures (gestion des déchets impossibles).

Le niveau de radioactivité d'un environnement détermine la différence entre un environnement viable et non viable à long terme.

Le pilotage d'un réacteur est difficile. Un réacteur ne peut répondre à un besoin brutal d'énergie nécessitant une planification permanente et par anticipation des besoins. La nuit les réacteurs produisent à perte. Un réacteur est mal adapté à des besoins en diminution.

Il existe des miniréacteurs portables utilisés dans les sous-marins nucléaires notamment. Récemment, les Russes ont développé un miniréacteur sur barges flottantes.

S’il est possible de fabriquer et faire fonctionner un miniréacteur sur un camp, le fonctionnement et la gestion compliqueraient mortellement la vie du camp tout en restreignant certaines libertés.

Le principal problème concerne les mesures de sécurité nécessaire, les risques de fuites accidentelles ou pas, et la nécessité d'une filière complète de gestion du combustible et des déchets.

Si la fabrication du combustible ne pose pas un problème majeur outre la forte consommation d'énergie nécessaire à l'extraction et l'enrichissement, les déchets par contre rentrent en totale contradiction avec le principe de durabilité et développement soutenable.

Réfléxion sur les moyens de stockage

Produire et stocker l'énergie produite. Le stockage constitue le point faible de toute installation électrique. La recherche dans ce domaine et le bidouillage de nouvelle solution ouvriront certainement de nouvelles opportunités notamment grâce aux nouveaux nano-matériaux.

Il existe trois types principaux de stockage :

• À réaction chimique (batterie, etc.).
• À effet mécanique (stockage de l'eau dans un réservoir, air comprimé, poids surélevé, etc...)
• À pile à combustible.

À réaction chimique.

Le stockage d'énergie sous forme électrique

Les types de batteries,

• Les batteries SLI (starting lighting Ignition) : capable de répondre à une demande sous la forme de pic de fort courant d'alimentation (démarreur)
• Les batteries Traction (service cycle) : capable de fournir une puissance moyenne et supportant de nombreux cycles de décharge profonds.(voiture de golf)
• Les batteries stationnaires (standby battery) : avec une longue durée de vie et capable de délivrer un courant modéré à fort quand cela est nécessaire/
• les batteries ménagères (household) : capable de répondre au besoin de consommation du petit électroménager portable (téléphone portable, console, torche...)

batterie chimique (choix, efficacité, rendement)

Les nouvelles batteries LITHIUM : (des chiffres impressionnants).

REMARQUE IMPORTANTE : Le Lithium fait partie des composants de la bombe à hydrogène/lithium/deutérium/tritium. Et par conséquence, il fait partie des éléments tracés internationalement et soumis à autorisation particulière. Bien que présent en grande quantité sur terre, le Lithium est considéré comme une terre rare à cause du nombre de sources d'extraction faible-coût limitées.

REM : La profusion de projets industriels de voiture électrique devrait permettre de récupérer des stocks de batteries de plusieurs KW. (Une voiture électrique = 30Kw/h).

Pour aller plus loin : http://erh2-bretagne.over-blog.com/pages/02_Batteries_electriques_et_supercondensateurs-1256110.html http://www.ulmag.fr/mag/technique/batterie_super_B.php

Le recyclage des batteries (parce que certaines se recyclent complètement)

Les batteries chimiques au plomb sont les plus faciles à recycler (entièrement recyclable). De nombreuses filiales sont présentes sur le marché!

• recyclage par dé-sulfatage des électrodes (cyclage par impulsion électrique haute fréquence)
• recyclage par ajout de réactif chimique au sulfate
• recyclage par cyclage des batteries

Le stockage d'énergie sous forme de chaleur

L'énergie produite est stockée sous forme chimique (sels fondus) capable de restituer plus tard et la demande l'énergie sous forme calorifique. Ex. : Centrales solaires à concentration Solar 2.

Ou bien l'énergie est transférée à un fluide caloporteur et transformé en énergie électrique via une turbine à vapeur.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Centrale_solaire_thermodynamique

A effet mécanique

L'air comprimé

L'air est comprimé mécaniquement dans un réservoir et restitué à la demande sous forme mécanique.

Barrage d'eau

L'eau est transvasée d'une réserve basse altitude vers un bassin "haute-altitude" par l'intermédiaire de pompe électrique.Grâce à la gravité, l'eau en redescendant, restitue sont énergie sous forme électrique par l'intermédiaire de turbine/alternateur.

A pile à combustible

À compléter

Réfléxion sur les moyens de distribution

Produire de manière aléatoire une énergie consommée aléatoirement implique la nécessité de lisser et adapter aux besoins l'énergie produite. Ce réseau intelligent dédié à la gestion de l'énergie est appelé : SMART GRID.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Smart_grid Le smart grid est une des dénominations d'un réseau de distribution d'électricité « intelligente » qui utilise des technologies informatiques de manière à optimiser la production, la distribution, la consommation ainsi que de mieux mettre en relation l'offre et la demande entre les producteurs et les consommateurs d'électricité.

Dans le cas d'un système de microproduction d'énergie, il y aura besoin d'une micro "smart grid" qui pourrait être appelé "OPEN POWER AND SMART GRID".

Grille/Réseau d'énergie ouverte (e) et intelligent (e)

Fonction d'un réseau OPEN POWER AND SMART GRID :

• Prévoir la production/consommation
• Mesurer la production/consommation en temps réel
• Piloter la distribution
• Gérer le stockage
• Gérer la maintenance
• Détecter les pannes
• Offrir des moyens de connexions de production/consommation
• logger les données pour analyses.

etc

Besoin matériel

Convertisseur UP/DOWN

Convertisseur permettant d'abaisser et réguler la tension alternative ou continue.

Convertisseur DOWN/UP

Convertisseur permettant de rehausser et réguler la tension alternative ou continue.

Injecteur de réseau

Équipement permettant de convertisseur une tension/courant vers un réseau normalisé (ex : 12V -> 240v 50HZ)

Aiguilleur de charge

Équipement permettant d'aiguiller la production vers le consommateur.

Centrale de mesure

Tout équipement permettant de mesurer et transmettre l'information vers une unité distante.

etc.

• Projet similaire : SMARTB

Projet similaire développé par Baptiste Gaultier, Alejandro Lampropulos, Nicolas Montavont, Alexander Pelov, Laurent Toutain

Présentation projet. https://www.youtube.com/watch?v=y-BQzb9xiDY&feature=autoplay&list=PLAD5FAAB99A256C7E&index=5&playnext=1

Site WEB http://redmine.labo4g.enstb.fr/projects/public-wiki/wiki/SmarTB

Besoin logiciel

A.D

Réfléxion sur les équipements utilisables

Répartitions par type de consommateurs

Beaucoup d'équipement consomme trop pour un travail rendu équivalent avec des équipements existants.

La production d'énergie est limitée sur un camp. Comment gérer cette situation?

On peut, par exemple, faire une liste des équipements consommateurs d'électricité quotidienne donc l'utilisation serait restreinte sur le camp et une liste d'équipement utilisable sans restriction.

Exemple de tableau : Classement par type d'appareil, consommation, type, rendement, Travail fourni.

Définir les besoins de consommation

On autre axe de réflexion concerne le type d'énergie à fournir. Certains moyens de production fabriqueront avec un meilleur rendement une énergie mécanique plutôt qu'électrique.

Une classification des besoins peut être ainsi opérée :

Exemple : Classification type des consommateurs d'énergie

Réflexion sur la mise en pratique

Comment mettre en pratique une architecture de production d'énergie DIY?

Dimensionnement

• La première source d'énergie sera les panneaux solaires :

La technologie des panneaux solaires est la plus simple à comprendre et mettre en place. Elle constituera la première source d'énergie disponible et dont l'efficacité n'est plus à prouver. N'oublions pas qu'il s'agit d'un camp provisoire alternatif et dont les conditions météorologiques seront choisies de manière à favoriser au maximum la réussite. Des compétences en météorologies et en prévision météorologique seront sûrement nécessaires.

Le dimensionnement devrait être de minimum : 10 000 W. soit l'équivalent de 3 foyers 1/2 ou bien 166 ordinateurs portables (60W).

La production du camp n'a pas pour vocation d'alimenter chaque foyer participant au camp, mais au minimum capable d'assurer les commodités et différents services organisés par le camp lui-même.

Pourquoi 10 KW?

Simplement du au fait que les panneaux sont désormais suffisamment sensibles pour produire 10% de leurs rendements maximums en ciel couvert.

Il reste donc une résiduelle de 1KW capable d'entretenir une charge ou finir suffisamment d'énergie pour une urgence quelconque.

• La seconde source d'énergie facile est l'éolien.

Le problème de l'éolien est la nécessité impérative d'un vent soutenu. Les éoliennes sont encombrantes et prennent beaucoup de surface. Il serait jouable de les rendre mobiles sur camion/camionnette (mode ouvert = lever, mode ou pas = au sol) et axer leurs productions sur la demande et la disponibilité du vent. 1 KW de puissance est tout à fait envisageable toujours dans l'idée d'apporter l'énergie suffisante pour répondre au besoin de charge et d'urgence.

Cela représente 2 à 3 grandes éoliennes d'un diamètre d'environs 3m non optimisé.

• La troisième source d'énergie facile est le groupe électrogène.

À huile végétale (la plus part des groupes diesels) de préférence permettant le recyclage, mais aussi à essence, car il est fort probable que la synthèse biologique d'un nouveau carburant proche du pétrole raffiné soit mise au point dans les 10 ans qui viennent. une solution concernant les dégagements de CO2 reste à développer.(filtre piégeur, etc.)

10 KW de groupe électrogène seront nécessaires. Soit 3 groupes de 3500 KW équivalents à des petites carrioles à roulette.

• La quatrième source d'énergie est le réseau national.

Le but étant de produire de l'électricité, mais en cas de perte totale, il sera nécessaire d'assurer la sécurité du camp.

L'idée étant aussi de fournir le trop-plein d'énergie à EDF si besoin.

Le but étant de montrer que fabriquer de l'énergie de manière autosuffisante est possible sur le long terme!

Un compteur de consommation/distribution électrique pourrait mesurer l'efficacité et comptabiliser le dû consommé.

• La cinquième source d'énergie représente l'ensemble de toutes les solutions alternatives à tester et expérimenter.

Bobine tesla. Fusion froide. etc.

• La sixième source d'énergie est celle des participants qui pourront connecter leurs propres sources à celle du camp à fin de participe à la production.

D'où la nécessité de réaliser/ou faire réaliser des bornes de distribution/connexion.

NE PAS VOIR PETIT :

La majorité des scientifiques PRO-ENR incitent à faire grand. Il semble que cela soit la clef du succès pour ce genre d'entreprise.

Les limites liées aux impératifs de sécurité.

La mise en place de moyen de production en énergie réclame la prise en considération des risques électriques (une formation de base du type H1B/H1V est facilement réalisable).

Formations supplémentaires (pour consultation) : Risque électromagnétique et rayonnement ionisant (Rayonement X à très haute tension).

Autres projets en cours (pour information)

Open Energy Monitor

http://openenergymonitor.org/emon/

OpenEnergyMonitor is a project to develop open-source energy monitoring tools to help us relate to our use of energy, our energy systems and the challenge of sustainable energy.

DIY ESS

http://diyesskit.blogspot.fr/

LiFePO4 DIY ESS - Store your Surplus Energy at Home from Solar or Wind

Remarque : Non Open Source ni Gnu

SMARTB

Projet similaire développé par Baptiste Gaultier, Alejandro Lampropulos, Nicolas Montavont, Alexander Pelov, Laurent Toutain

Goal : design and develop an electric measurement system ↳ monitor and control the energy consumption of a university campus

Présentation projet. https://www.youtube.com/watch?v=y-BQzb9xiDY&feature=autoplay&list=PLAD5FAAB99A256C7E&index=5&playnext=1

Site WEB http://redmine.labo4g.enstb.fr/projects/public-wiki/wiki/SmarTB

MÉTHODE DE TRAVAIL

Pour réaliser un tel chantier, une seule méthode de travail fonctionne. Une méthode qui a été utilisée par les pionniers de l'exploration spatiale.

Simple et efficace, cette méthode pousse à un véritable niveau de compétence et favorise l'échange de connaissance et de compétence.

Cette méthode se définit par son but : À la fin du projet, l'ensemble des participants est capable de reproduire, mettre en oeuvre, utiliser et maintenir les bases du système réalisé.