Optimisation de la production électrique sur les sites miniers par hybridation pneumatique des génératrices diesel

1. Résumé du projet

L’un des plus grands défis que doit relever notre société est de réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES) afin d’atténuer les changements climatiques et leurs effets sur la planète. Les principales émissions de GES au Canada proviennent de l’utilisation de combustibles fossiles pour le transport, le chauffage et la production d’électricité dans les régions éloignées au moyen de génératrices diesel.

Dans ce programme de recherche, nous appliquons l’hybridation pneumatique pour réduire jusqu’à 60% la consommation de diesel et les émissions de GES dans la production d’électricité sur un site minier isolé. Plus spécifiquement, nous visons à démontrer la faisabilité technique, économique et environnementale de cette nouvelle solution technologique dans les opérations minières d’AgnicoEagle.

Depuis plus de dix ans, l’équipe de chercheurs a contribué au développement de nouvelles technologies pour les applications d’énergies renouvelables et d’efficacité énergétique. La contribution la plus importante a été l’hybridation pneumatique des moteurs diesel (HPMD), caractérisée par un fonctionnement avec un cycle thermodynamique modifié qui améliore l’efficacité du moteur diesel. L’augmentation de la proportion d’énergies renouvelables dans les systèmes hybrides est accompagnée de périodes d’arrêt des génératrices diesel ou d’un fonctionnement à de faibles régimes. L’application de la HPMD est basée sur la récupération et le stockage d’énergie renouvelable excédentaire sous forme électrochimique, d’air comprimé, hydropneumatique ou de chaleur. L’analyse thermodynamique montre que le jumelage de ces technologies permet de réduire jusqu’à 60% la consommation de carburant et les émissions de GES pour les systèmes hybrides éoliens-diesel. Un moteur diesel typique et son turbocompresseur sont optimisés pour fonctionner le plus efficacement à 75-85% de la charge maximale. À ce régime, le turbocompresseur fournit le débit d’air qui permet le rapport air/carburant optimal (A/F~55) correspondant à l’efficacité maximale indiquée (environ 55%). En dehors de cette plage de régime optimal et surtout à faible charge, l’efficacité diminue considérablement, car le débit d’air fourni par le turbocompresseur est insuffisant pour assurer un rapport air/carburant optimal. À titre d’exemple, avec un rapport A/F=25, le rendement indiqué baisse à 40 %. La HPMD modifie le cycle thermodynamique du moteur diesel. Elle utilise de l’énergie produite par des sources renouvelables, préalablement stockée, pour augmenter de façon optimale le débit et la température de l’air à l’admission et diminuer ainsi la consommation spécifique du moteur diesel.

Objectifs

L’objectif principal de ce projet de recherche est de contribuer à une réduction significative de la consommation de carburant et des émissions de GES par l’optimisation du fonctionnement des génératrices diesel en utilisant l’hybridation pneumatique ainsi que la récupération et le stockage de l’énergie. La modélisation avancée, la validation expérimentale, la cueillette massive de données réelles d’opération, leur analyse et l’optimisation basée sur des techniques d’intelligence artificielle seront utilisées pour déterminer les paramètres de fonctionnement les plus importants impliquant ces technologies dans les opérations minières.

Résultats attendus et retombées escomptées

Nous allons déterminer la faisabilité technique, économique et environnementale du déploiement de cette solution technologique pour la production d’électricité dans les sites miniers.

2. Équipe de recherche

Équipe de recherche

3. Appel de propositions

Le projet est d’une durée de 3 ans et le montant total octroyé est de 300 000 $.