Les groupes électrogènes pour l’Afrique

Les groupes électrogènes sont monnaie courante au Sénégal, aussi bien pour électrifier un site isolé que pour le secours réseau en ville afin de palier aux délestages de la Senelec. Ils ont aussi leur intérêt dans des systèmes hybrides avec les énergies renouvelables (solaire, éolien) pour fournir de l’énergie en appoint. Légers, relativement petit et facile à installer, ils peuvent générer à la demande de fortes puissances, mais se révèlent chers au fonctionnement et à l’entretien.

Fonctionnement

Le groupe électrogène ou générateur électrique est un assemblage de différents éléments ayant chacun son rôle dans le système :

  • un moteur thermique (à carburant essence, diesel, ou même gaz) tout à fait classique, qui produit de l’énergie mécanique
  • un générateur électrique, ou alternateur, directement accouplé sur l’arbre de sortie du moteur et qui transforme la puissance mécanique en puissance électrique
  • un régulateur qui contrôle l’admission de carburant du moteur pour maintenir un régime de rotation stable (donc une fréquence de sortie stable) et un régulateur de tension qui stabilise la tension de sortie par une action sur l’alternateur
  • un tableau de contrôle avec les protections électriques, l’affichage tension, courant, et le démarrage à distance (option).
  • un chassis métallique pour assembler, transporter et protéger tous les composants du générateur. Parfois aussi équipé de roues ou insonorisé.

Les composants d’un groupe électrogène

Le groupe électrogène est donc un appareil assez complexe mais dont les composants sont maitrisés depuis plusieurs décennies et fabriqués en quantité industrielle donc fiables et facile à se procurer (pour l’entretien par exemple).

Le rendement du moteur est limité par le rendement du cycle de carnot. Les meilleurs groupes électrogènes (les plus gros) atteignent des rendements proches de 40% tandis que les petits groupes ont des rendements nettement plus faibles, surtout quand ils sont utilisés à faible capacité. Un petit groupe électrogène de 5kW peut donc avoir un rendement qui varie entre 10% et 25%, suivant son niveau d’utilisation.

 

Moteur

Il y aurait de quoi écrire des pages et des pages sur les moteurs thermiques car le nombre de fabricants, de modèles et de technologies est presque infini. Retenez surtout qu’un moteur de groupe électrogène au Sénégal doit être fiable, costaud et avec un entretien limité au minimum. Préférez toujours les moteurs à vitesse de rotation assez lente (1500 tr/min et moins), qui donnent de bons résultats. La longévité d’un moteur de groupe électrogène dépend énormément de sa qualité, mais aussi beaucoup de son utilisation et de son entretien.

 

Globalement un moteur de groupe tient plus longtemps qu’un moteur de véhicule car il est moins sollicité par des variations de régime. La durée de vie varie de 5 000 heures pour les petits modèles à plus de 20 000 heures pour les modèles prévus pour usage intensif.

Les marques les plus connues et reputées sont Honda et Kohler pour les petits moteurs essence, Perkins, Deutz, Yanmar et Mitsubishi pour les moteurs Diesel (mais il y en a bien d’autres). Caterpillar produit d’excellents moteurs pour les groupes électrogènes de forte puissance, de 100 kW à plusieurs MW, utilisés pour électrifier des villes entières ou des usines.

générateur Caterpillar 800 kVA

 

Alternateur

La génératrice électrique peut être monophasée pour les petites puissances (jusqu’à 6 kVA généralement) ou triphasée pour les puissances plus importantes. En utilisation triphasé , il faut veiller à repartir la charge électrique équitablement sur les 3 phases pour équilibrer le plus possible le couple mécanique exercé sur l’alternateur et ansi maximiser sa durée de vie. Pour les applications intensives (industrie, télécom, service continu), il vaut mieux choisir un alternateur sans balais.

 

Alternateur Leroy Somer

Choisir un groupe électrogène

Vous devez tenir compte de différents paramètres pour choisir de groupe qui convient à votre utilisation.

Carburant : les générateurs essence sont moins chers, mais aussi moins robustes et plus onéreux au fonctionnement que les générateurs diesel. L’essence convient bien pour une petit groupe d’usage occasionnel pour la maison ou l’évenementiel. Un moteur essence est aussi plus facile à entretenir qu’un moteur diesel. Le gaz peut être un choix intéressant car il rejète très peu de fumée, mais les bouteilles sont lourdes et difficiles à transporter. Ormis ces cas de figure, le diesel est le choix le plus adapté.

Puissance : la puissance de votre générateur doit permettre d’alimenter en permanence vos appareils électriques. Faites la somme de tous les appareils à alimenter pour déterminer la puissance dont vous avez besoin. Attention à ne pas mélanger kVA et kW. Les kVA sont la puissance pour un cosφ=1, ce qui est très rarement le cas, il faut donc prendre en compte la puissance du groupe en kW (voir les notions sur l’énergie). Dans les cas des appareils avec moteurs (outils, frigo, climatiseur, etc), il faut corriger la puissance du groupe avec le facteur PMR (Puissance Minimale Requise), sinon le groupe ne pourra pas marcher convenablement et risque d’être surchargé. Par exemple, pour alimenter un compresseur de 1000W, il faut au moins un groupe de 3500W (PMR de 3,5). Cliquez ici pour afficher le tableau des PMR courants.

Qualité du courant : La stabilité de la tension produite et la qualité du courant dépendent beaucoup du régulateur du groupe électrogène. Un régulateur électronique offre souvent de meilleurs résultats qu’un régulateur mécanique, car il est plus réactif, mais on le trouve surtout sur les groupes de 10 kVA et plus. Si vous utilisez des appareils électroniques sensibles, les groupes électrogènes inverter sont fait pour vous.

Insonorisation : Sur certaines applications, comme les hôtels, le résidentiel ou les bureaux, avoir un groupe électrogène bruyant est tout simplement inacceptable. Heureusement, il existe des modèles insonorisés avec un capot isolé et un silencieux d’échappement surdimensionné. Cela engendre un surcoût non négligeable, mais c’est le prix à payer pour avoir la paix...

générateur cummins capoté

Démarrage automatique : Le démarrage électrique assisté est présent sur la plupart des modèles de générateur de moyenne et forte puissance. Il permet via un simple bouton de démarrer le groupe à distance et sans effort. Le démarrage peut même être commandé par un automate de contrôle en cas de délestage pour une interruption électrique la plus brève possible. Dans les systèmes autonomes à énergies renouvelables, le groupe peut être démarré automatiquement par l’onduleur/chargeur ou le moniteur de batterie dès que les batteries sont trop déchargées.

Capacité du réservoir : Un réservoir de forte capacité est parfois utile si le groupe électrogène est installé dans un endroit isolé et difficile d’accès. Les fabricants proposent souvent des capacités de réservoir étendues en option, et même des pompes de remplissage 12V alimentées par la batterie de démarrage pour remplir le réservoir à partir d’une cuve de stockage de grand volume.

Entretien & maintenance

L’entretien et la maintenance d’un groupe électrogène sont importantes et contraignantes. Comme pour tout moteur, il faut faire la vidange à interval régulier, ainsi que le changement des filtres à air et à carburant, et plus rarement le changement des courroies. Il est parfois nécessaire de contrôler la batterie de démarrage, de changer les balais de l’alternateur si il n’est pas brushless et parfois même remplacer ses roulements.

Cette maintenance demande du temps, doit être réalisée par un personnel qualifié et les consommables et pièces de rechange ont un coût dont il faut tenir compte...

Un groupe mal entretenu sera sujet à des pannes fréquentes, vous privant de lumière pour quelques heures ou entrainant une interruption de production dans votre atelier. C’est pourquoi les groupes électrogènes sont souvent doublés pour assurer une continuité électrique en cas de panne ou durant l’entretien.

Il est souvent judicieux de prendre 2 groupes de puissances différentes et d’étager leur fonctionnement suivant les besoins pour toujours fonctionner entre 60 et 90% de leur capacité, avec le meilleur rendement.

Par exemple deux groupes de 10 kW (groupe 1) et 20 kW (groupe 2) peuvent fonctionner ainsi :

  • consommation de 0 à 10 kW : groupe 1
  • consommation de 10 à 20 kW : groupe 2
  • consommation de 20 à 30 kW : groupe 1 et groupe 2

Marques

Les grandes marques de groupes électrogènes présentent au Sénégal ou en Afrique, gage de qualité et de durabilité sont :

  • SDMO
  • Pramac
  • Kohler
  • Caterpillar
  • Cummins
  • Atlas Copco
  • Honda
  • Yanmar
  • etc

Aspects économiques

Un groupe de grande marque coûte en moyenne au Sénégal autour de 800 000 Fcfa/kW. C’est plus cher pour les petits groupes et moins cher pour les grands générateurs.

Le prix d’achat est en général attractif par rapport à la puissance générée, de plus l’installation est très simple. Cependant, le groupe à besoin pour fonctionner d’entretien et surtout de carburant. C’est là que les choses se corsent. Les études et l’expérience du terrain montre que produire de l’énergie électrique avec un groupe électrogène coûte entre 300 et 600 Fcfa/kWh. C’est d’ailleurs plus proche de 600 Fcfa/kWh pour les petits systèmes, de puissance inférieures à 5 kW.

Il faut mettre ce prix de l’énergie en comparaison avec un système solaire autonome qui produit de l’énergie pour 200 à 300 Fcfa/kWh...

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