Techno-Economic Feasibility and Operational Emission Assessment of Hybrid Renewable Energy Systems for a Large Educational Building: A Case Study in Türkiye
Cette étude évalue la faisabilité technico-économique et les émissions opérationnelles de systèmes d'énergie renouvelable hybrides, connectés au réseau et hors réseau, pour un grand bâtiment éducatif en Turquie, concluant que si les configurations biomasse et solaire réduisent considérablement les émissions, leur rentabilité dépend fortement de la qualité des ressources locales et du prix spécifique de l'électricité du réseau.
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Tout bâtiment a besoin d'électricité pour éclairer ses pièces, alimenter ses ordinateurs et maintenir un climat confortable. Pendant des décennies, cette énergie est principalement venue de grandes centrales électriques qui brûlent des combustibles fossiles, libérant des gaz qui réchauffent la planète. Ces dernières années, les ingénieurs ont cherché des moyens de générer de l'énergie là où elle est nécessaire, en utilisant le soleil, le vent ou même des déchets organiques. Cette approche, connue sous le nom de système d'énergie renouvelable hybride, mélange différentes sources pour créer une offre plus fiable et plus propre. Le défi consiste à déterminer exactement quel mélange fonctionne le mieux pour un bâtiment spécifique, en tenant compte de la quantité de soleil et de vent disponibles localement, de la quantité de déchets pouvant être collectés et du coût de tout cela par rapport au simple achat d'électricité sur le réseau.
Des chercheurs en Turquie ont récemment abordé cette question pour le bâtiment d'une grande salle de classe universitaire. Ils voulaient savoir s'il était pertinent d'alimenter le bâtiment avec un mélange personnalisé de panneaux solaires, d'éoliennes et d'un générateur fonctionnant au biogaz produit à partir de fumier animal. Pour trouver la réponse, ils ont construit un modèle informatique détaillé de la consommation d'électricité du bâtiment, suivant précisément la quantité d'énergie nécessaire chaque heure sur plusieurs années. Ils ont ensuite simulé différentes combinaisons d'équipements renouvelables pour voir quelle configuration serait la moins coûteuse à exploiter et laquelle produirait la moins de pollution. L'étude s'est concentrée sur un campus spécifique du nord-ouest de la Turquie, une région dotée d'un ensoleillement modéré mais de vents relativement faibles, et d'une abondance de bétail pouvant fournir le fumier nécessaire au biogaz.
L'équipe a découvert que la manière la plus rentable d'utiliser l'énergie renouvelable pour ce bâtiment était de rester connecté au réseau électrique principal tout en ajoutant des panneaux solaires et un générateur de biogaz. Dans ce scénario, le bâtiment produirait environ 70 % de sa propre électricité grâce au soleil et au fumier, achetant le reste sur le réseau. Cette configuration hybride coûterait environ 19,9 cents pour chaque kilowatt-heure d'électricité produite. Bien que cette option soit la plus économique parmi les conceptions renouvelables, elle restait plus chère que le simple fait de continuer à acheter toute l'électricité sur le réseau aux tarifs locaux actuels. Les chercheurs ont constaté que l'ajout d'éoliennes à ce mélange ne réduisait pas le coût ; parce que le vent à cet endroit précis est souvent trop faible pour faire tourner les turbines efficacement, l'énergie éolienne contribuait très peu à la puissance totale, faisant de l'équipement supplémentaire une dépense inutile.
L'étude a également exploré ce qui se passerait si le bâtiment essayait de fonctionner complètement hors réseau, en coupant totalement ses liens avec les lignes électriques principales. Pour ce faire, le système aurait besoin d'un immense parc de batteries pour stocker l'énergie pour les jours nuageux ou sans vent. La simulation a montré que, bien que ce système entièrement indépendant soit techniquement possible, il était beaucoup plus coûteux, coûtant environ 55,5 cents par kilowatt-heure. Dans ce scénario hors réseau, les panneaux solaires fournissaient près de la moitié de l'énergie, le générateur de biogaz fournissait environ 40 % et les éoliennes fournissaient les 12 % restants. Même avec une faible contribution du vent, la faible vitesse du vent signifiait que les turbines fonctionnaient à une capacité très faible, agissant plus comme un petit complément que comme une source d'énergie primaire.
Au-delà des coûts, les chercheurs ont examiné l'impact environnemental de ces différentes configurations. Ils ont constaté que le passage aux systèmes renouvelables réduisait considérablement la quantité de dioxyde de carbone rejetée dans l'air. Le système hors réseau a réduit les émissions de plus de 99 % par rapport à l'utilisation du seul réseau, tandis que le système hybride connecté au réseau a réduit les émissions d'environ 80 %. Cependant, l'étude a noté que la combustion du biogaz produit d'autres types de polluants, tels que le monoxyde de carbone et de fines particules, qui devraient être gérés avec un équipement d'échappement approprié. Les chercheurs ont pris soin de préciser que ces chiffres représentent les émissions provenant de l'utilisation du système, et non le coût environnemental total de la construction de l'équipement ou du transport du fumier.
En fin de compte, l'étude souligne qu'il n'existe pas de solution parfaite unique pour chaque bâtiment. Pour cette université spécifique, le meilleur équilibre entre coût et énergie propre impliquait l'utilisation de l'énergie solaire et du biogaz issu du fumier tout en conservant le filet de sécurité du réseau électrique principal. Le vent, malgré sa popularité en tant que ressource renouvelable, n'était pas un acteur fort à cet endroit. Les conclusions suggèrent que, bien qu'être totalement indépendant soit possible, cela s'accompagne d'un prix élevé, et que la voie la plus pratique vers une énergie plus propre implique souvent un mélange intelligent de production locale et du réseau électrique existant. Ce travail sert de guide réaliste pour d'autres institutions éducatives, montrant que les conditions locales comme la vitesse du vent et la disponibilité des déchets sont tout aussi importantes que la technologie elle-même lors de la conception d'un avenir énergétique durable.
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