Utilisation des énergies renouvelables pour l'alimentation électrique d'une station de télécommunications en site isolé

RÉSUMÉ: Dans les communautés isolées, en général l'électricité est produite par des génératrices diesel, car la connexion aux réseaux centraux de distribution est difficile ou onéreuse. Les génératrices diesel dont le fonctionnement requiert l'utilisation de larges quantités de combustibles fossiles posent de sérieux problèmes environnementaux, sociaux et même économiques. Elles contribuent à l'émission des gaz à effet de serre et au réchauffement climatique. La solution proposée par la communauté scientifique est le recours aux énergies renouvelables, disponibles gratuitement, avec un très faible taux de pollution comparé aux génératrices diésel. L'installation d'un système d'énergie renouvelable (SER), tout particulièrement en sites isolés, rencontre des problèmes d'opération, entretien et diagnostic, exigeant le recours à des outils de communication. En effet, il est très important, voire indispensable, de pouvoir diagnostiquer, suivre les performances d'un tel système pour éviter les déplacements fréquents sur le site en cas de panne; ces déplacements sont généralement très coûteux. Par exemple, pour un opérateur de téléphonie cellulaire qui dispose de stations de base en zones isolées avec accès difficile sinon impossible pendant certaines périodes de l'année, le suivi et le contrôle à distance des systèmes hybrides de production électrique à l'aide d'énergies renouvelables sont une nécessité absolue. Le but de ce mémoire est de faire l'étude d'une station hybride d'énergie renouvelable pour alimenter une station de télécom en zone isolée, dans le nord du Québec; plus spécifiquement nous avons fait une étude de la faisabilité pour une alimentation en énergie électrique renouvelable d'une station de base en zone isolée avec un Green Cube et avons conçu un système intelligent d'acquisition, de traitement et de transfert de données, épousant ainsi le concept de l'usine 4.0. Le premier chapitre est une revue de littérature des systèmes d'alimentation des petites charges en zone isolée, et plus spécifiquement les stations de télécommunication; la deuxième partie présente les détails techniques d'un système de télécom; la troisième partie fait état de la conception et analyse des performances d'un système hybride d'alimentation pour un site de télécommunications; dans la quatrième partie nous faisons la conception d'un système d'acquisition, de traitement et de transmission de données par un microcontrôleur Raspberry PI 3. Nous récupérons les données de production d'énergie via une interface web, et sauvegardons une copie vers une base de données MySQL préalablement installée sur la Raspberry PI. Les données sont consultables sur un serveur web, lui aussi installé sur la Raspberry PI et accessible à distance via une page web développée en PHP. Les données sont transmises en utilisant un réseau cellulaire de téléphonie basé un module GSM, lequel sera équipé d'une puce avec un forfait internet. Les données reçues nous indiquent l'état de la météo sur le site, l'état de charge des batteries, l'état de production électrique renouvelable, le niveau de carburant disponible pour le générateur diesel en cas d'absence prolongée des conditions météo favorisant la production de la fraction énergétique renouvelable; on pourra alors déterminer si une présence humaine est nécessaire sur le terrain ou non. Tel qu'escompté, l'application de ces résultats réduit le nombre de visites sur le site et permet de faire des économies, d'augmenter le taux de pénétration des énergies vertes et, conséquemment, de réduire les émissions des gaz à effet de serre. -- ot(s) clé(s) en français : Systèmes embarqués, Raspberry pi, GSM, énergie renouvelables, Green Cube, industrie 4.0, LAMP, Station de base. -- ABSTRACT: In isolated communities, diesel generators usually generate electricity because connecting to central distribution networks is difficult or expensive. Diesel generators whose operation requires the use of large quantities of fossil fuels pose serious environmental, social and even economic problems. They contribute to the emission of greenhouse gases and global warming. The solution proposed by the scientific community is the use of renewable energies, freely available, with a very low pollution rate compared to diesel generators. The installation of a renewable energy system (RES), especially in isolated sites, has problems of operation, maintenance and diagnosis, requiring the use of communication tools. Indeed, it is very important, even essential, to be able to diagnose, monitor the performance of such a system to avoid frequent trips to the site in case of failure; these trips are usually very expensive. For example, for a cellular operator who has base stations in remote areas with difficult or impossible access during certain periods of the year, remote monitoring and control of hybrid power generation systems using renewable energies are an absolute necessity. The purpose of this thesis is to study a hybrid renewable energy station to power a telecom station in a remote area in northern Quebec; more specifically we did a feasibility study for a renewable electric power supply of a base station in isolated area with a Green Cube and designed an intelligent system of acquisition, processing and data transfer, thus marrying the concept of the factory 4.0. The first chapter is a literature review of small load power systems in isolated areas, and more specifically telecommunication stations; the second part presents the technical details of a telecom system; Part III discusses the design and performance analysis of a hybrid power system for a telecommunications site; in the fourth part we design a system for the acquisition, processing and transmission of data by a Raspberry PI 3 microcontroller. We recover the energy production data via a web interface and save a copy to a MySQL database previously installed on the Raspberry PI. The data is made available on a web server, also installed on the Raspberry PI and accessible remotely via a web page developed in PHP. The data is transmitted using a cellular telephone network based on a GSM module, which will be equipped with a chip with an internet package. The data received tells us the state of the weather on the site, the state of charge of the batteries, the state of renewable electricity production, the level of fuel available for the diesel generator in case of prolonged absence of favorable weather conditions. the production of the renewable energy fraction; it will then be possible to determine whether a human presence is necessary on the ground or not. As expected, the application of these results reduces the number of visits to the site and saves money, increases the rate of green energy penetration and, as a result, reduces greenhouse gas emissions. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Embedded Systems, Raspberry Pi, GSM, Renewable Energy, Green Cube, Industry 4.0, LAMP, Base Station