Prise en compte des systèmes de stockage de l'énergie et deleurs dégradations dans la gestion et le dimensionnement desmicro-réseaux : influence de la précision des modèles

Autor: Gaetani-Liseo, Margot
Přispěvatelé: Équipe Intégration de Systèmes de Gestion de l'Énergie (LAAS-ISGE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université de Toulouse III - Paul Sabatier, Corinne ALONSO, Bruno JAMMES (co-directeur de thèse)
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Energie électrique. Université de Toulouse III-Paul Sabatier, 2021. Français
Popis: National audience; The development of decentralized, distributed, stationary electric microgrids producing energy asclose as possible to the consumers, is a key challenge of the energy transition. Microgrids can contributeto the massive renewables energies integration and allow the optimization of the energy use according toseveral economic and ecological criteria.Batteries are the most widely used Energy Storage Systems (ESS) in microgrids, but are among themost expensive components with a relatively short lifetime. Therefore, optimize the sizing of sourcesand batteries (sizes, technologies and topologies) considering the energy management strategies is thegeneral objective of the optimal design of a microgrid. For this purpose, many tools and studies existusing battery behavior and aging models. However, few works evaluate the accuracy of these models inreal operating conditions, nor their impacts on the resulting sizing or energy management decisions.The research path chosen in this thesis consists in the analysis of different ESS models, consideringtheir operation and degradation and used in optimal microgrid design methods. The objective is toevaluate the ability of these models to be integrated in a modeling environment dedicated to multi-criteriaoptimization (cost, use of locally produced energy, lifetime...) to size microgrids and develop energymanagement strategies.To validate this work, a test bench of a low voltage DC microgrid type has been built. This benchallows to emulate a microgrid from real production and consumption data and thus to evaluate thebehavior of the ESS under controlled conditions but close to a real operation. A comparative study ofbattery models has been then made to find the most appropriate ones for microgrids design. An analysisof the accuracy of these models was carried out in order to study their ability to represent the batterybehavior and the typical variations related to the stresses impacting their life span. For this purpose,usage profiles related to microgrids have been identified and applied to lead-acid batteries, widely usedin stationary applications.Finally, based on these models, a methodology for sizing sources and ESS in a microgrid is proposed.These same models were used to implement optimal management strategies. In both cases, an investigationof the impact of the models on the results obtained was done. Then, the management strategies weretested on the developed microgrid testbed in order to identify the impact of the model in the differencesbetween the simulation and experimental results.; Le développement de micro-réseaux électriques, stationnaires, décentralisés et distribués, produisantl’énergie au plus près des consommateurs, est une des solutions possibles pour assurer l’intégrationdes énergies renouvelables qui est aujourd’hui un défi clé de la transition énergétique. Les Systèmesde Stockage de l’Énergie (SSE) au sein des micro-réseaux vont permettre de pallier l’intermittence etle manque d’inertie de ces sources renouvelables en apportant la flexibilité nécessaire ainsi que despossibilités d’optimisation des échanges d’énergie en fonction de critères économiques et écologiques.Les batteries sont les SSE les plus utilisées dans les micro-réseaux mais restent des éléments coûteuxavec une durée de vie relativement faible et un impact écologique important. L’objectif global de laconception d’un micro-réseau revient à optimiser le dimensionnement des sources et des batteries (taille,technologie et topologie) en lien avec les stratégies de gestion de l’énergie. Pour cela, de nombreux outilset études existent et utilisent des modèles de fonctionnement et de vieillissement des batteries. Cependant,peu de travaux évaluent la précision de ces modèles dans des conditions réelles de fonctionnement, nileurs impacts sur la qualité du dimensionnement ou de la gestion qui en découlent.La voie de recherche choisie dans cette thèse consiste en l’analyse de l’influence des modèles deSSE sur la conception optimale de micro-réseaux. Parmi les deux familles de batteries majoritairesdans les applications stationnaires qui sont les batteries Plomb-Acide et Lithium-ion, un focus sur latechnologie Plomb-Acide a été réalisé, cette technologie présentant une grande maturité et un bon tauxde recyclabilité.L’objectif est d’évaluer l’aptitude des modèles à prendre en compte le fonctionnement des SSE,à traduire les usages amenant des dégradations et à s’intégrer dans un environnement de modélisationpour l’optimisation multicritères (coût, usage de l’énergie produite localement, durée de vie) dudimensionnement et le développement de stratégies de gestion de l’énergie.Pour valider ces travaux, un banc de test de type micro-réseau basse tension continue a été réalisé. Cebanc permet d’émuler un micro-réseau à partir de données réelles de production et de consommation et,ainsi, évaluer le comportement des SSE dans des conditions maîtrisées mais proches d’un fonctionnementréel.Une étude comparative de modèles de batteries a ensuite été faite pour déterminer le plus approprié àla conception de micro-réseaux. L’analyse de la précision des modèles a été réalisée afin d’étudier leursaptitudes à représenter le comportement des batteries et à traduire les phénomènes ayant un impact surleur durée de vie. Pour cela, des profils d’usages liés aux micro-réseaux ont été identifiés et générés àpartir des données du bâtiment à énergie optimisée du LAAS-CNRS.Enfin, à partir de ces modèles, une méthodologie pour dimensionner les sources et les SSE dans unmicro-réseau est proposée. Ces mêmes modèles ont été utilisés pour mettre en oeuvre des stratégies degestion optimales. Dans les deux cas, une recherche de l’impact des modèles sur les résultats obtenus aété faite. Puis, les stratégies de gestion ont été testées sur le banc de test développé afin d’observer lecomportement réel des SSE et les limites du modèle face aux résultats expérimentaux.
Databáze: OpenAIRE
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