Dissertations / Theses on the topic 'Intégration énergies renouvelables'

Afin de lutter contre le changement climatique et de préserver les ressources naturelles, de nombreux pays ont mis en place des politiques plus ou moins ambitieuses de développement des énergies renouvelables électriques à court et moyen terme, tandis que, en parallèle, des scénarii de prospective à long terme envisagent un approvisionnement électrique majoritairement d'origine renouvelable. Certaines de ces énergies sont intermittentes et non contrôlables et, du fait des faibles économies d'échelle dont elles bénéficient, peuvent être développées de manière décentralisée, intégrées au bâtiment et raccordées au réseau de distribution, à l'opposé des moyens de production actuels. Concomitamment, les pointes de consommation augmentent à un rythme soutenu et obligent les gestionnaires de réseaux et les producteurs/fournisseurs à toujours plus d'investissements dans des moyens de production et de transport qui ne seront utilisés que pendant un faible nombre d'heures par an.Les changements décrits ci-dessus vont avoir un impact sur les trois grands objectifs de la planification et de la gestion du système électrique : minimiser le coût global, assurer la sûreté de l'approvisionnement et garantir la qualité de la fourniture. Si on analyse le fonctionnement actuel du système, les transformations à venir et les possibilités offertes par l'intégration de solutions de contrôle et de gestion (compteurs électriques communicants, transformateurs régleur en charge, onduleurs PV avec gestion de réactif, stockages, etc.) au réseau de distribution, il est possible de mettre en évidence trois grands domaines d'application - et donc de valorisation - pour celles-ci. Il s'agit du déplacement temporel d'énergie, de la fourniture de services auxiliaires (régulation et suivi de charge, réserve ou gestion de tension, par exemple) et de l'optimisation de la planification et de la gestion du réseau (évitement et/ou retardement d'investissement).Cependant, l'ensemble des procédures et méthodes de planification et d'opération actuel est basé sur l'hypothèse d'une production centralisée et d'un réseau de distribution passif. Dans ce contexte, cette thèse contribue au développement d'une méthode de simulation d'un réseau de distribution actif en proposant trois avancées: une méthode de décomposition-coordination permettant la simulation intégrée du système centralisé et du réseau de distribution, un algorithme de résolution du problème des flux optimaux dans le réseau de distribution et un critère de criticité diminuant les besoins en capacité de calcul de la simulation si elle est employé dans un cadre de planification
Many countries have set up mechanism support in favor of renewable energy development at a short or long term, while, in parallel, long-term scenarios of predominantly renewable energy provisioning are studied. Some of these energies are intermittent and non-dispatchable and, due to the low economies of scale they exhibit, can be deployed in a decentralized manner, integrated in buildings and connected to the distribution system.However, the methods and tools currently used to plan and operate the power system rely on hypothesis of centralized generation and passive distribution network. In this context, this thesis contributes to the development of a method aimed at simulated an active distribution network by proposing three novel approaches: a decomposition and coordination method allowing the integrated simulation of the centralized power system and the active distribution network, an algorithm to solve the single-stage optimal power flow in the distribution system as well as two criticality criteria allowing to decrease the computational burden of the simulation when it is used for planning purposes

Le droit et l’intégration des énergies renouvelables dans le bâtiment, dans un contexte politique favorable au développement durable et à la diminution de la production des gaz à effet de serre, entretiennent des rapports étroits qui nous conduisent à aborder les règles incitant à leur mise en place -cependant freinée à certains égards-, mais également les dispositifs juridiques encadrant l’utilisation de ces systèmes producteurs d’énergie. L’intégration des énergies renouvelables vise, dans le cadre de cette étude, les équipements fournissant de l’énergie électrique par des systèmes photovoltaïques, la production d’eau chaude par les panneaux solaires, et la géothermie. Les différents dispositifs tels que l’obligation de rachat, les incitations fiscales et subventions, les certificats, les labels, la réglementation thermique et le DPE, paraissent dans leur ensemble bien intégrés dans le système juridique français malgré quelques imperfections. En revanche, le droit de l’urbanisme ainsi que l’intervention des ABF se profilent en véritable frein pour un développement exponentiel. Nous démontrons que les règles juridiques ayant un impact direct sur la gestion relèvent principalement du droit de la copropriété ainsi que du droit des baux. La mise en place de tels équipements en copropriété n’est pas aisée, elle ne l’est pas plus lorsque le bien est soumis à une location. Si on peut souligner qu’en matière de louage la principale difficulté réside dans le paiement de l’énergie par le locataire, qui peut semble-t-il, être solutionnée simplement ; il n’en est pas de même en matière de copropriété où les difficultés se cumulent. Pour une vision d’ensemble opportune, il convient de rappeler que la mise en place des équipements fournissant de l’énergie renouvelable dans les bâtiments va certainement induire une garantie décennale couverte par la responsabilité des constructeurs et particulièrement l’assurance dommages-ouvrage
The law and the integration of renewable energies in buildings, within a political context favoring sustainable development and reducing production of greenhouse gases, are closely related subjects which leads us to consider the rules that encourage their implementation - however slowed in some respects - but also legal devices monitoring the use of these energy producing systems. The integration of renewable energies means, for this study, the provision of electricity by photovoltaic systems, and water production through the use of solar panels and geothermal energy. Different devices, such as the obligation to repurchase, taw incentives and subsidies, certificates, labels, the Thermal regulation and the DPE (energy performance diagnostic), seem to be well integrated together in the French legal system despite a few imperfections. On the other hand, planning law, as well as the intervention of the ABF, stands out as a veritable brake on an exponential development. We show that the legal rules which have an immediate impact on management are mainly the laws on co-ownership (condominium) and the rights of leases. The placing of such equipment in condominiums is not easy, neither is it when the property is rented. In leasing the main difficulty lies in the payment for energy by the tenant which can it seems be simply resolved, it is not the same in co-ownership, where difficulties are cumulative. For an appropriate global vision, we should stress that placing equipment providing renewable energy in buildings will certainly induce a 10 year warranty covered by the manufacturers' responsibility and also particularly the 'dommages-ouvrage' insurance

Cette thèse traite des problèmes de stabilité introduits par l'interconnexion d'énergies renouvelables massives dans un micro-réseau isolé. Cette recherche vise à identifier les problèmes liés au sujet, les indices permettant de mieux comprendre ces problèmes, ainsi que la stratégie visant à améliorer la stabilité des microréseaux du point de vue du réseau électrique. Dans la première partie, un état de l'art sur l'évolution de la stabilité du réseau electrique est abordé. Un bref historique de la stabilité du système électrique depuis sa première identification et son évolution a été présenté. Une revue des indices pratiques d’évaluation de la stabilité du réseau est également présentée, y compris ceux que nous proposons. Cette partie est également utile pour analyser le positionnement de cette thèseLa deuxième partie de la thèse présente les efforts pour améliorer la stabilité dynamique des microréseaux caractérisés par une pénétration massive des énergies renouvelables. Les principaux défis et les efforts en cours sont passés en revue, qui ont montré que les solutions actuelles se concentrent sur le maintien de la philosophie d’un réseau électrique classique. Avec l'avènement des énergies plus intermittentes, les efforts actuels se sont révélés coûteux. Par conséquent, une nouvelle perspective est proposée. Ici, les générateurs et les clients sont exposés à des écarts de tension et de fréquence plus élevés, qui sont nécessaires pour maintenir l'équilibre de puissance et la stabilité du microréseau. Cette perspective convient avec le concept de micro-réseau pour réaliser le rêve de l’électricité universelle.Le concept est ensuite développé en une nouvelle stratégie de régulation dans laquelle le rapport de la fréquence et la tension du système sont maintenues essentiellement constant autour de 1 (en per unit). Cette stratégie peut potentiellement être mise en œuvre sur toutes les technologies de grid forming. Les avantages de cette stratégie sont l’assurance que les machines électriques ne sont pas endommagées, la fonctionnalité plug-and-play, la compatibilité avec les technologies actuelles d’onduleurs et l’absence de systèmes de communication rapides. Enfin, la stratégie proposée est facile à mettre en œuvre et ne nécessite pas de révolution en termes d’équipement et de contrôle du réseau électrique. Cette mise en œuvre de ce concept offre un élément de flexibilité très précieux: le temps, qui améliore la résilience et la stabilité d'un microréseau. Cependant, des écarts de fréquence et de tension plus importants se produisent et doivent être acceptés par tous les acteurs du microréseau. Une validation par des simulations numériques en Power Factory et des expérimentations dans une plateforme hardware-in-the-loop en temps réel ont été réalisées avec des résultats satisfaisant
This thesis deals with the stability issues introduced by the interconnection of massive renewables into an isolated microgrid. This research aims to identify the problems related to the topic, the indices to help understand the issues, and the strategy to enhance microgrid stability from the power system point of view.In the first part, a state of the art on the evolution of power stability is addressed. A short history of power system stability since its first identification and how it has evolved is firstly presented. This part also provides a literature review of the power system stability, including its classification, and how it has evolved due to two reasons: the microgrid concept and the trend towards the integration of more inverter-based generation. A review of the practical indices for grid stability assessment is also reported, including the ones that we propose. This part is also useful for analyzing the positioning of this PhD research.The second part of thesis presents the efforts to enhance the dynamic stability of microgrids characterized by massive renewable penetration. The main challenges and the current efforts are reviewed, which have shown that the current solutions focus on maintaining the philosophy of a classical power grid. With the advent of more intermittent energy, the current efforts have proven to be costly. Therefore, a new perspective is proposed. Here, the generating elements and the customers are exposed with higher deviations in voltage and frequency, which are necessary so that that the power equilibrium and the stability of the microgrid can be maintained. This perspective is suitable with the microgrid concept to realize the dream of universal electricity.The concept is then developed into a novel regulation strategy in which the system frequency and voltage are maintained in such a way to keep their ratio essentially constant around 1 (p.u. voltage to p.u. frequency). This strategy can potentially be implemented on all grid forming technologies. The benefits of employing this strategy include assurance that the electrical machinery is not harmed, plug-and-play feature, compatibility with current grid-tied inverter technologies, and no need for fast communication systems. Finally, this proposed strategy is easy to implement and does not require revolution in terms of power system equipment and control. This implementation of this concept provides a very valuable piece of flexibility: time, which enhances the resilience and stability of a microgrid. However, wider frequency and voltage deviations occur and have to be accepted by all the actors within the microgrid. A validation through computer simulations in Power Factory and real-time hardware in the loop experiments has been carried out with satisfactory results

L'objectif de la thèse est de développer un modèle de connaissance qui permette d'évaluer l'amélioration de la qualité environnementale d'un bâtiment par l'intégration de composants solaires. La méthodologie comporte trois étapes : Le calcul de la productivité des composants solaires intégrés au bâtiment ; le calcul de l'énergie consommée dans le bâtiment. Le modèle thermique de bâtiment, ainsi que la manière dont sont couplés les différents modèles, sont exposés; l'évaluation des indicateurs environnementaux par l'analyse de cycle de vie. Des données d'inventaire de cycle de vie de systèmes photovoltai͏̈ques, ainsi que de chauffes eau solaires, ont été collectés, et ces inventaires sont ensuite intégrés dans la base de données d'analyse de cycle de vie du bâtiment. A titre d'illustration, l'ensemble logiciel a été appliqué à différents cas, et l'analyse de cycle de vie a été effectuée pour chacune des configurations
The aim of the study is to develop a model, which helps to assess the improvement of the environmental quality of buildings by the integration of solar components. The method was developed according to three steps : prediction of the productivity of building integrated solar components. The models of the three basic solar systems are presented ; prediction of the energy consumption in the building. The thermal model of the building, and the coupling between the building and the solar component is explained; environmental indicators assessment by life cycle analysis. Life cycle inventory databases of photovoltaic systems and solar water systems are collected, and these inventories are then integrated in the life cycle analysis database of the building. The whole package has been applied on several case studies, and a life cycle analysis was performed on each case

Avec la croissance des nouvelles technologies émergentes dans les réseaux de distribution, tels que les éoliennes, les panneaux solaires, les véhicules électriques et les sources de génération distribuées, la nécessité d'étudier simultanément les réseaux de transmission et de distribution (T&D) et leurs interactions bilatérales ne peut plus être négligée. Une forte pénétration des sources d'énergie renouvelable, naturellement stochastiques, peut inverser le flux d'énergie, ce qui ne rentre pas dans le paradigme d’un écoulement de puissance à flux descendant qui caractérise les systèmes d'alimentation conventionnels. Par conséquent, les méthodes d'étude de réseaux telles que le fux de puissance optimal (Optimal Power Flow), l'engagement des groupes de production (unit commitment) et l'analyse de la stabilité doivent être revisitées. Cette thèse propose l'application de systèmes de stockage d'énergie sur batterie (BESS) dans un cadre intégré de T&D minimisant les impacts négatifs des énergies renouvelables insérées dans le réseau de distribution ou chez le client. Les BESS peuvent être interprétés comme des équipements flexibles supplémentaires, contrôlés à distance et/ou localement, qui absorbent ou libèrent des puissances actives et réactives et améliorent l'efficacité globale du système T&D au complet du point de vue de la stabilité et de la performance dynamique. Selon la pratique courante, les études des systèmes T&D intégrés peuvent être classées en sous-groupes d’études dynamiques vs stationnaires ou en sous-groupes d’études de cooptimisation vs co-simulation. Suivant la même approche, l’analyse à l’état d’équilibre est d’abord lancée par un nouvel outil d’allocation optimisée stochastique de BESS (VSCSOBA) à contrainte de stabilité de tension. L'outil d'optimisation développé basé sur GAMS à deux niveaux prend en compte les BESS et des modèles détaillés de ressources énergétiques distribuées stochastiques tout en minimisant principalement les pertes de puissance active, mais les écarts de tension, les coûts de délestage, l'augmentation de la capacité de charge (chargeabilité ou « loadbility ») ainsi que la réduction de la vulnérabilité sont aussi des fonctions objectives qui ont été considérées. L’applicabilité de l’outil proposé a été confirmée sur des cas d’utilisation basés sur des réseaux T&D benchmark de l’IEEE comportant des centaines de variables et contraintes. Dans la partie suivante, l'architecture du framework de co-simulation, ainsi que les différents acteurs clés qui y participent seront examinés. Les objectifs de cette partie sont les suivants : développer, simuler et résoudre des équations algébriques de chaque niveau indépendamment, à l'aide de simulateurs bien connus, spécifiques à un domaine (c’est-à-dire, transport vs distribution), tout en assurant une interface externe pour l'échange de données. L'outil d'interface devrait établir une connexion de partage de données robuste, fiable et bilatérale entre deux niveaux de système. Les idées et les méthodologies proposées seront discutées. Pour completer cette étude, La commutation optimale de réseaux de transport (Optimal Transmission Switching) en tant que nouvelle méthode de réduction des coûts d'exploitation est considérée d'un point de vue de la sécurité, en assument ou non la présence des BESS. De toute évidence, l'OTS est un moyen efficace (tout comme la référence de tension ou le contrôle des références de puissances P-Q) qui s’avère nécessaire dans le cadre T&D intégré, tel que nous le démontrons à travers divers cas d'utilisation. Pour ce faire, afin de préserver la sécurité des systèmes de transport d'électricité contre les attaques ou les catastrophes naturelles telles que les ouragans et les pannes, un problème OTS stochastique orienté vulnérabilité (VO-SOTS) est également introduit dans cette thèse tout en considérant l'incertitude des charges via une approche par échantillonage de scénarios respectant la distribution statistique des incertitudes.
With the growing trend of emerging new technologies in distribution networks, such as wind turbines, solar panels, electric vehicles, and distributed generations, the need for simultaneously studying Transmission & Distribution (T&D) networks and their bilateral interactions cannot be overlooked anymore. High penetration of naturally stochastic renewable energy sources may reverse the energy flow which does not fit in the top-down energy transfer paradigm of conventional power systems. Consequently, network study methods such as optimal power flow, unit commitment, and static stability analysis need to be revised. This thesis proposes application of battery energy storage systems (BESS) within integrated T&D framework minimizing the adverse impacts of renewable energy resources. The BESSs can be interpreted as additional flexible equipment, remotely and/or locally controlled, which absorb or release both active and reactive powers and improve the overall efficiency of the complete T&D system from both steady-state and dynamic viewpoints. As a common practice, the integrated T&D framework studies are categorized into either dynamic and steady-state subcases or co-optimization framework and co-simulation framework. Following the same approach, the steady-state analysis is first initiated by a novel voltage stability constrained stochastic optimal BESS allocation (VSC-SOBA) tool. The developed bi-level GAMS-based optimization tool takes into account BESSs and detailed models of stochastic distributed energy resources while minimizing active power losses, voltage deviation, load shedding costs, increasing loadability, and vulnerability mitigation are objective functions. The applicability of proposed tool has been confirmed over large IEEE recognized T&D benchmarks with hundreds of variables and constraints. In the next part, the architecture of co-simulation framework and different key players will be investigated. The objectives of this part are set as: developing, simulating, and solving differential and algebraic equations of each level independently, using existing well-known domain-specific simulators, while externally-interfaced for exchanging data. The interface tool should stablish a robust, reliable, and bilateral data sharing connection between two levels of system. The ideas and proposed methodologies will be discussed. To complete this study, optimal transmission switching (OTS) as a new method for reduction of operation costs is next considered from a security point of view. It is shown clearly that OTS is an effective mean (just like voltage reference or P-Q reference control), which is necessary in the integrated T&D framework to make it useful in dealing with various emerging use cases. To do so without impeding the security of power transmission systems against attacks or natural disasters such as hurricane and outages, a vulnerability oriented stochastic OTS (VO-SOTS) problem is also introduced in this thesis, while considering the loads uncertainty via a scenario-based approach.

Le " Power-to-Gas " pourrait devenir une solution attractive pour le stockage des énergies renouvelables, pourvu que des électrolyseurs soient capables de fonctionner efficacement dans des conditions intermittentes à un coût abordable. Ce travail a pour objectif d'évaluer la faisabilité technique du fonctionnement intermittent de systèmes d'électrolyse à oxyde solide (SOEC) autour de 1073 K. Des conditions réalistes défavorables sont considérées, consistant en un système autonome sans source externe de chaleur et intégrant une compression d'hydrogène à 3 MPa. La problématique se compose de deux aspects : i) la gamme de fonctionnement du système, limitée à 60-100% en raison de gradients thermiques, est étendue via des stratégies de contrôle efficaces, ii) des procédures sont définies pour minimiser l'impact de l'intermittence sur la durée de vie. Premièrement, une stratégie de contrôle modulaire est proposée, consistant en l'utilisation de plusieurs unités indépendantes qui fonctionnent dans une gamme de puissance tolérable, ou sont arrêtées. La gamme de fonctionnement du système est ainsi étendue à 15-100% dans le cas de quatre unités. Une stratégie de contrôle complémentaire, consistant en un chauffage électrique interne, permet d'étendre la gamme de fonctionnement en réduisant les gradients thermiques, mais elle est susceptible de diminuer la durée de vie. Elle n'est donc appliquée qu'à une unité afin de suivre la courbe de charge et d'étendre la gamme de fonctionnement du système à 3-100%. Deuxièmement, 1800 cycles électriques on-off sont appliqués à une SOEC sans impact sur la dégradation, ce qui montre que des arrêts/démarrages répétés ne diminuent pas la durée de vie. De plus, des procédures de démarrage, standby et arrêt sont définies. Enfin, deux études de systèmes Eolien-SOEC et Solaire-SOEC fonctionnant pendant un an montrent que, avec les stratégies de contrôle implémentées, le système SOEC stocke la puissance appliquée avec un rendement de 92% sur PCS en moyenne, alors que les unités fonctionnent dans des conditions tolérables mis à part une unité qui suit la courbe de charge et est susceptible d'avoir une durée de vie diminuée.

Le « Power-to-Gas » pourrait devenir une solution attractive pour le stockage des énergies renouvelables, pourvu que des électrolyseurs soient capables de fonctionner efficacement dans des conditions intermittentes à un coût abordable. Ce travail a pour objectif d'évaluer la faisabilité technique du fonctionnement intermittent de systèmes d'électrolyse à oxyde solide (SOEC) autour de 1073 K. Des conditions réalistes défavorables sont considérées, consistant en un système autonome sans source externe de chaleur et intégrant une compression d'hydrogène à 3 MPa. La problématique se compose de deux aspects : i) la gamme de fonctionnement du système, limitée à 60-100% en raison de gradients thermiques, est étendue via des stratégies de contrôle efficaces, ii) des procédures sont définies pour minimiser l'impact de l'intermittence sur la durée de vie. Premièrement, une stratégie de contrôle modulaire est proposée, consistant en l'utilisation de plusieurs unités indépendantes qui fonctionnent dans une gamme de puissance tolérable, ou sont arrêtées. La gamme de fonctionnement du système est ainsi étendue à 15-100% dans le cas de quatre unités. Une stratégie de contrôle complémentaire, consistant en un chauffage électrique interne, permet d'étendre la gamme de fonctionnement en réduisant les gradients thermiques, mais elle est susceptible de diminuer la durée de vie. Elle n'est donc appliquée qu'à une unité afin de suivre la courbe de charge et d'étendre la gamme de fonctionnement du système à 3-100%. Deuxièmement, 1800 cycles électriques on-off sont appliqués à une SOEC sans impact sur la dégradation, ce qui montre que des arrêts/démarrages répétés ne diminuent pas la durée de vie. De plus, des procédures de démarrage, standby et arrêt sont définies. Enfin, deux études de systèmes Eolien-SOEC et Solaire-SOEC fonctionnant pendant un an montrent que, avec les stratégies de contrôle implémentées, le système SOEC stocke la puissance appliquée avec un rendement de 91% sur PCS en moyenne, alors que les unités fonctionnent dans des conditions tolérables mis à part une unité qui suit la courbe de charge et est susceptible d'avoir une durée de vie diminuée
Power-to-Gas could become an attractive solution for renewable electricity storage, provided that affordable electrolysers are able to operate efficiently under intermittent conditions. This work aims to assess the technical feasibility of operating intermittently a Solid Oxide Electrolysis Cell (SOEC) system around 1073 K. Realistic unfavourable conditions are considered, consisting in a standalone system operated with no external heat source and integrating hydrogen compression to 3 MPa. Two challenges are tackled in this work: i) the system power load range, limited to 60-100% due to thermal gradients, is extended via efficient control strategies, ii) procedures are defined to minimise the impact of the intermittency on the lifetime. First, a modular control strategy is proposed, consisting in the use of several SOEC units which are either operated in a tolerable power load range, or switched off. The system power load range is hence extended to 15-100% in the case of four units. A complementary control strategy, consisting in internal electrical heating, enables to extend the load range by reducing thermal gradients, but it may decrease the lifetime. Thus, it is applied to only one unit for it to follow the load curve and extend the system power load range to 3-100%. Secondly, 1800 on-off electric cycles are applied to an SOEC with no degradation increase, which shows that repeated start/stops do not decrease the lifetime. Start-up, standby and shut-down procedures are also defined. Finally, two case studies of Wind-SOEC and Solar-SOEC systems operated over one year show that, with the implemented control strategies, the SOEC system stores the applied power with an average efficiency of 91% vs. HHV, while units operate under tolerable conditions apart from one unit which follows the load curve and may have a decreased lifetime

D'un point de vu général, l'épuisement prévisible des énergies fossiles, la nécessité de lutter contre le réchauffement climatique, la prise de conscience pour la sauvegarde de l'environnement et enfin la prise en compte du développement durable dans les politiques énergétiques ont mis les énergies renouvelables au cœur d'un enjeu stratégique pour l'avenir de notre planète. Mais pour la République de Djibouti qui connaît actuellement une croissance économique annuelle de 3,5%, il est presque vital d'exploiter son potentiel en matière d'énergies renouvelables pour assurer sa croissance économique, réaliser des économies de devises et atteindre dans un premier temps les objectifs de développement humain du Millénaire dont le calendrier est fixé à 2015. Malheureusement, le pays connaît la même situation énergétique des pays d'Afrique subsaharienne où l'énergie est abondante mais l'électricité est rare ! En effet, la balance énergétique actuelle du pays est fortement déficitaire. Les 97% des besoins énergétiques de la population (majoritairement urbaine à plus de 85%) sont satisfaits par les importations des produits pétroliers et 90% des ménages Djiboutiens utilisent le kérosène comme combustible domestique. Le taux de couverture du réseau électrique est très bas, de l'ordre de 30%. Seulement 0,2 % de la production électrique (avec une capacité totale installée de 130 MW) est faite à partir d'une unique source d'énergie renouvelable (l'énergie solaire photovoltaïque). Et pourtant, le pays dispose d'un important potentiel en énergies renouvelables. Au niveau de l'énergie solaire photovoltaïque (PV), le potentiel solaire techniquement exploitable est évalué à 1535 GWh/jour. Au niveau de l'énergie éolienne, l'estimation du potentiel actuellement exploitable est de 8 MW et pourtant aucune forme d'énergie éolienne (que ce soit le grand ou le petit éolien) n'est exploitée dans le pays. Au niveau de l'énergie géothermique, le potentiel techniquement exploitable est actuellement estimé entre 350 et 650 MWe. Le potentiel économiquement exploitable pour la seule région d'Assal-Ghoubbet est supérieur à 150 MWe, très largement supérieur aux besoins actuels du pays. Au niveau de l'énergie marémotrice, un potentiel non encore évalué existe et pourrait être exploité au niveau de la passe du Goubbet. La planification énergétique que nous proposons pour le moyen long-terme se base sur l'intégration de l'une des énergies renouvelables potentielles et plus particulièrement la plus noble d'entre-elles : la géothermie. En effet, la géothermie possède des atouts que les autres formes d'énergies renouvelables n'ont pas : elle est une énergie de base, indépendante du climat, susceptible d'être exploitée à la fois pour la production de la chaleur et la production électrique. Le schéma électrique que nous proposons est le suivant : A l'horizon 2015, nous estimons que la demande électrique se situera aux alentours de 165 MW. De ce fait, nous préconisons 74,5% d'énergies fossiles (avec une option substituable en période chaude par l'électricité importée depuis l'Ethiopie à hauteur de 30,3%) et 25,5% d'énergies renouvelables (dont 18,2% de géothermie, 6,8% d'éolien et 0,5% de solaire)

En 2015, lors de la COP21, à l’occasion de l’accord global sur le climat de Paris, l’Afrique s’est engagée sous le Leadership du Groupe de la Banque Africaine de Développement (BAD) et de ses autres Partenaires Techniques et Financiers, à installer à l’horizon 2030 une capacité de 300 GW d’énergies renouvelables. Cet ambitieux objectif de l’Initiative Africaine pour les Energies Renouvelables (AREI) dont la BAD est agence d’exécution, vient compléter son engagement sur la décennie 2005- 2015, qui a permis de faire passer la part des énergies renouvelables de 4% à 20% de son portefeuille. Et pourtant, l’Afrique reste le continent qui, malgré son fort potentiel en énergies renouvelables (solaire :10 TW ; hydroélectrique : 350 GW ; éolien :110 GW, et géothermie : 15 GW), a 2/3 de sa population (645 millions) sans accès aux sources modernes d’énergie (BAD, 2016).C’est dans ce contexte d’urgence d’une part et de besoin de solutions durables d’autre part que notre thèse, en s’appuyant sur des projets structurants d’énergie renouvelables instruits et suivis sur la période 2010-2015 comme Economiste Principal de l’Energie au sein de la BAD, a consisté à analyser comment la BAD, en tant que première Institution Africaine de financement du développement couvrant les 54 pays africains, peut-elle mieux appuyer l’Afrique à faire face aux défis de l’économie post-pétrole grâce à une promotion plus efficace des énergies renouvelables. Cette analyse, normative, nous a permis d’aboutir à une double série de recommandations à la fois internes et externes à la BAD, dans la perspective d’une amélioration de l’efficacité de l’aide publique au développement drainée par cette Institution
In 2015, during the COP 21, on the occasion of the global climate agreement in Paris, Africa committed under the Leadership of the African Development Bank Group (AfDB) and its other technical and financial partners, to install a capacity of 300 GW of renewable energy by 2030. This ambitious target set in the framework of the African Renewable Energy Initiative (AREI) for which AfDB is the executing agency, completes its commitment of the decade 2005-2015, which permitted it to increase the share of renewable energy from 4% to 20% of its energy portfolio. Yet, Africa remains the continent which, despite its strong renewable energy potential (10 TW of solar, 350 GW hydroelectric, 110 GW wind and 15 GW of geothermal potential), is paradoxically characterized by two third of its population (645 millions) without access to modern energy sources (AfDB, 2016). It is in this context of energy emergency in one hand and the need for sustainable energy solutions on the other hand, that our thesis, based on renewable energy projects designed or implemented as Principal Energy Economist within the AfDB over the period 2010-2015, analyzes how AfDB, as the first African Development Financing Institution covering the 54 African countries, can assist this continent to better meet the challenges of the post-oil economy, through a more effective development of renewable energy. This analysis, essentially normative, allows us to achieve a double set of recommendations both internal and external to the AfDB in the perspective of enhanced effectiveness of Official Development Aid channeled by this institution, from the specific angle of the promotion of renewable energy

Le développement de la production éolienne permet de satisfaire les objectifs de lutte contre le réchauffement climatique. Cependant, dans certaines zones du réseau électrique, l’intégration d’un volume important de production peut créer des congestions qui traduisent l'incapacité du réseau à évacuer cette production. Les méthodes actuelles pour gérer les congestions sont basées sur des calculs prévisionnels de restrictions de production qui peuvent entrainer des pertes de production importantes pour le renouvelable. Cependant, dans le cadre d’un développement important du renouvelable, il est nécessaire de définir une méthodologie de gestion des congestions fiable, optimale du point de vue économique et non discriminatoire pour la production renouvelable.Dans le cadre de cette thèse, la méthodologie de gestion des congestions locales proposée repose sur l’usage d’un contrôle correctif. Le contrôle correctif est basé sur une boucle de régulation et un algorithme utilisant les réseaux de Petri. Une étude de stabilité de la boucle de régulation a montré que les marges de stabilité dépendantes des gains composant la boucle sont suffisantes. L’algorithme permet de définir les groupes de production à choisir pour la gestion des congestions en considérant leur coût d’utilisation et leur impact sur la congestion. Les essais, effectués sous le logiciel EUROSTAG, ont montré la pertinence de la méthodologie proposée et sa capacité à s’adapter à l’insertion des moyens de production. De plus, des conclusions générales sur les différents coûts associés à la gestion des congestions en fonction des différentes règlementations régissant la production renouvelable ont été obtenues
Development of wind generation is a mean towards global warming reduction. However, in some parts of the electrical grid, the massive integration of renewable generation can lead to congestion problems. These congestions are related to the impossibility for the power grid to transport the generation. Nowadays, congestion management methods are based on day(s)-ahead computation of generation restriction which leads to important production losses for renewables. Based on this context, it’s therefore important to develop a methodology which is optimal, reliable and non-discriminatory for renewable.In this work, the proposed congestion management method is based on corrective actions. These actions are computed in real-time using regulation loops and Petri net-based algorithms. A stability study proved that gain margins are sufficient to assure the stability of the corrective actions. The algorithm allows an optimal selection of the generators than will participate in the congestion management. This selection is based on their cost and efficiency for congestion alleviation. Simulation results using the software EUROSTAG have shown the efficiency of the method and its adaptability to different generator types. Furthermore, general conclusions on congestions costs according to different regulations on the renewable generation were obtained

L'intégration massive des énergies renouvelables variables (EnRV) provoque d'importants changements dans le système électrique. Auparavant développé de manière vertical et centralisé, le système était robuste et fiable. Cependant, la production des EnRV est intermittente et peu prévisible. Ainsi, le système doit être plus flexible grâce à de nouvelles options telles que la maîtrise de la demande, le stockage ou l'effacement de la production EnRV. Cependant, le potentiel des EnRV est réparti inégalement en Europe et avec d'importants taux de pénétration d'EnRV, les échanges d'électricité entre les régions vont augmenter provoquant des congestions dans le réseau. Ainsi, les options de flexibilité ne pourront peut-être pas réduire ces congestions. Pour analyser ces effets, le travail mené dans cette thèse utilise le modèle de prospective long terme POLES (Prospective Outlook on Long-term Energy Systems) couplé avec le nouveau module du secteur électrique EUTGRID (EUropean – Transmission Grid Investment and Dispatch). Ce module inclut une représentation détaillée du réseau de transport européen d'électricité avec un calcul des flux plus réaliste. De plus, les renforcements sont déterminés suivant les coûts de congestion de chaque ligne. Ce nouveau couplage permet d'avoir une évolution dynamique du réseau de transport. Le rôle du réseau de transport est ensuite analysé et comparé avec les autres options de flexibilité. Les investissements dans le réseau augmentent ainsi fortement avec d'importants taux de pénétration des EnRV alors que les options de flexibilité ne peuvent pas intégralement remplacer le réseau. Finalement, un travail exploratoire est mené avec l'introduction de réseaux de distribution génériques (urbain, semi-urbain and rural) dans EUTGRID. Les résultats montrent que les renforcements sont légèrement décalés avec une augmentation de l'utilisation des technologies de back-up (i.e. centrales à gaz) ce qui augmente les émissions totales
The power system is facing a major shift with the large-scale development of variable renewable energy sources (VRES). This vertical and centralized architecture helped the system to be robust and reliable. However, VRES production is intermittent and less predictable. As a result, the system needs to add more flexibility with new options such as Demand Side Management, storage technologies and VREs curtailment. But renewable energies potentials are unevenly distributed in Europe and, with high shares of VREs, power flows exchanges will increase between specific regions. As a result, the existing transmission grid would face congestions and these flexibility options might not be sufficient to alleviate these bottlenecks. To analyse these impacts, the work carried in this thesis uses the long-term energy model POLES (Prospective Outlook on Long-term Energy Systems) coupled with the new European power sector module EUTGRID (EUropean – Transmission Grid Investment and Dispatch). It includes a detailed transmission grid and more realistic power flows with a DC-OPF. A grid investment mechanism is also incorporated to determine the grid investments based on nodal prices. This new coupling permits to get a dynamic evolution of the transmission grid. The role of the transmission grid is being assessed and compared with other flexibility options. The grid investments increase largely with important development of VRES while other flexibility options cannot completely replace them. Finally, an exploratory work is being carried with the introduction of generic distribution grids (urban, semi-urban and urban) in EUTGRID. The results show that the reinforcements are slightly delayed with a greater use of back-up technologies which increases the total emissions

Dérégulation du marché de l'électricité a affiché de nombreux changements dans l'économie et a influencé les chercheurs à initier des études dans ce domaine. Italie fournit une étude de cas intéressante pour explorer le marché de l'électricité en raison de ses spécifications. Notre projet se compose de trois études quantitatives indépendant pour voir le marché de l'électricité Italien en trois angles différents. La première étude permet de répondre la question de la prévision causée par la volatilité du marché de l'électricité. Le résultat suggère une méthode de prévision alternative pour la modélisation de prix de l'électricité sur l'Italie. La deuxième recherche examine l'impact des énergies renouvelables sur l'apparition de la congestion et ses coûts. Nous analysons les propriétés quantitatives de l'estimation économétrique afin de comprendre le mécanisme économique et d'en tirer la suggestion de la politique. Enfin, la recherche finale analyse l'interdépendance des prix dans six macro-zones du marché italien de l'électricité
Deregulation of electricity market has displayed many changes in the economy and has influenced researchers to initiate studies in this field. The issue of the deregulated arises as the volatility of the wholesale price increases because of the new mechanism in price determination. Italy provides an interesting case study for exploring the electricity market because of its specifications. Our project consists of three independent quantitative research to view the Italian electricity market in three different angles. The first study is aimed to address the forecasting issue caused by the volatility of electricity market. The result suggests alternative forecasting method for modelling electricity price on Italy and comparisons between univariate and panel framework. The second research examines the impact of renewable energy on the congestion occurrence and cost. We analyse quantitative properties of the econometric estimation in order to gain insight into the economic mechanism and to draw policy suggestion. Finally, the final research attempts to address the interdependence of prices in six macro-zones of the Italian electricity market

Face à la menace du changement climatique, il est nécessaire que chaque juridiction politique prenne des mesures rapides et efficaces pour réduire ses émissions de gaz à effet de serre (GES). Dans cette problématique, le secteur de la production d'électricité a un rôle central à jouer. D'une part, ce secteur fait partie des principaux responsables des émissions de GES, et d'autre part, ce secteur offre plusieurs solutions alternatives pour produire de l'électricité sans émissions, telles que des sources renouvelables ou des sources fossiles combinées à la capture et à la séquestration du carbone. Cette thèse examine des solutions économiquement rentables pour réduire les émissions de GES et promouvoir des technologies respectueuses du climat dans le secteur de la production d'électricité. Précisément, elle compare deux instruments dissuasifs : les instruments financiers visant à mettre un prix sur le carbone (taxe sur le carbone ou marché du carbone) et les normes minimales d'utilisation de sources d'énergies propres. Cette thèse explore également l'enjeu de la promotion des technologies respectueuses du climat par une règle effciente d'allocation des subventions publiques à ces technologies. Cette thèse se développe en trois essais. Le premier essai compare une taxe sur les émissions et une norme d'énergie propre en utilisant un modèle d'équilibre général de la production d'électricité. La structure de la production d'électricité comprend deux usines : une qui génère sa production à partir de sources renouvelables et l'autre à partir de sources fossiles émettant du CO2. Le modèle est calibré pour correspondre aux agrégats macroéconomiques sélectionnés de l'économie de la ColombieBritannique. Le modèle est ensuite utilisé pour mener des expériences conceptuelles qui mesurent le coût économique d'atteindre une cible de réduction des émissions optimale avec un instrument de politique donné contre le coût contrefactuel d'atteindre la même cible avec un autre instrument de politique. L'expérience conduit à la conclusion qu'une taxe sur les émissions est plus efficace sur le plan environnemental et moins coûteuse qu'une norme d'énergie propre. Le deuxième essai enrichit la comparaison entre une norme d'électricité propre et une taxe sur le carbone en ajoutant l'innovation et le pouvoir de marché. Cet essai propose une concurrence oligopolistique dans la production d'électricité basée sur un jeu non coopératif à 2 étapes entre une usine propre et sa rivale polluante. L'usine polluante peut innover pour réduire ses émissions, et l'usine propre peut innover pour réduire le désavantage préexistant de ses coûts de production. L'innovation et le pouvoir de marché se combinent pour générer de nouvelles idées, d'abord sur la capacité d'une politique climatique fiscalement neutre de générer un effet de recyclage des revenus et, d'autre part, sur les mécanismes par lesquels elle augmente le ratio d'énergies propres généré par l'électricité. Le modèle est calibré à des agrégats macroéconomiques sélectionnés des États-Unis. Les simulations numériques révèlent de nouvelles sources d'hétérogénéité dans le classement des instruments de politique alternative, qui ont échappé aux lentilles de modèles de compétition parfaite. En particulier, le résultat montre que la norme tend à être un meilleur instrument lorsque (i) le niveau d'ambition de la politique climatique est faible, ou (ii) le niveau de désavantage préexistant des coûts de production de l'usine propre est suffisamment petit, ou (iii) le coût relatif de l'innovation dans les technologies renouvelables est faible. En revanche, la taxe sur le carbone tend à être un meilleur instrument dans les cas inverses. Le troisième essai examine la problématique de la promotion des technologies respectueuses du climat. Précisément, cet essai détermine une règle efficiente d'allocation des subventions publiques aux investissements entre les technologies renouvelables améliorant la productivité et les solutions visant à rendre propre les sources fossiles. Le modèle d'équilibre général sous-jacent comporte un secteur de production d'électricité duopolistique, parallèlement à un secteur de la production d'un bien final. Les résultats de l'analyse quantitative utilisant la version calibrée du modèle indiquent que, lorsqu'une taxe sur le carbone est utilisée pour encourager la réduction des émissions, la règle de répartition des subventions rentable est celle qui n'impose pas de punitions multiples sur l'utilisation des ressources fossiles. Par conséquent, lorsque les différences de coûts d'innovation entre les deux sources technologies respectueuses du climat ne sont pas trop importantes, il est plus rentable d'allouer une plus grande part des subventions aux solutions visant à rendre propre les sources fossiles. En outre, pour atteindre un objectif plus ambitieux de réduction des émissions, il est plus rentable d'augmenter à la fois la taxe carbone et la part des subventions allouées aux technologies visant à rendre propre les sources fossiles.
Climate change is one of the biggest challenges that the world is facing. In order to limit global warming, each political jurisdiction must implement a drastic climate policy to mitigate anthropogenic greenhouse gases (GHGs). In this challenge, the electricity generation sector has a central role to play. On the one hand, it is a major contributor to the total GHG emissions, and on the other hand, this sector offers several alternatives for generating electricity without emissions, such as renewable sources or fossil fuel generators equipped with carbon capture and sequestration (CCS) capacity. In three essays, this thesis examines cost-efficient solutions to reducing GHG emissions and promoting climate-friendly technologies in the electricity sector. The first essay compares an emissions tax and a clean energy standard using a calibrated general equilibrium model of electricity generation. The structure of electricity production features two plants: one that generates its output based on renewable sources and the other based on fossil source emitting CO2. The model is calibrated to match selected macroeconomic aggregates of the economy of British Columbia. The calibrated model is then used to conduct conceptual experiments that pit the overall cost of achieving the optimal emissions reduction target with a given policy instrument against the counterfactual cost of achieving the same target with an alternative policy instrument. The experiments lead to the conclusion that an emissions tax is more environmentally effective as well as more cost-effective than a clean energy standard. The second essay extends the comparison between a clean electricity standard and a carbon tax on cost-effectiveness grounds by adding innovation and market power. In our model, a two-stage competition in the electricity sector between a clean plant and its "dirty" rival anchors a two-sector general equilibrium model of climate change intervention. The dirty plant can innovate to reduce its emissions, and the clean plant can innovate to reduce its pre-existing cost-disadvantage. The model is calibrated to selected US macroeconomics aggregates. Results in this essay overturn those obtained in the first, where perfect competition was the feature of the electricity industry. The second essay thus shows cost-effective choice of climate policy instruments depends on the industrial organization of the electricity sector, as well as on the mechanisms plants use to respond to climate policy. Whereas the first two essays are only concerned with abatement incentives the third, by contrast, considers a climate policy action aimed, not only at incentivizing abatement, but also at promoting clean electricity solutions to climate change. These solutions have two competing sources. On the one hand, there are climate change solutions consisting of technological innovations that mitigate the intermittency and variability problems associated with renewable sources of electricity. Such solutions, when adequate, reduce the cost-disadvantage of renewable sources at reaching large-scale deployment. On the other hand, there are climate change solutions consisting of carbon abatement technologies that mitigate the trade-off between abatement effort and electricity output among fossil fuel generators. CCS technologies are an essential component of these fossil fuel-based climate change solutions. The main contribution of this essay is to show that, in countries with an abundant supply of fossil fuels, subsidizing fossil fuel-based climate change solutions can be an integral part of a cost-effective climate policy action aimed at achieving ambitious emissions reductions.

Face aux enjeux environnementaux actuels, s’investir dans les énergies renouvelables au nom de la « transition énergétique » est l’alternative la plus adoptée par de nombreux pays. Les énergies renouvelables, en particulier l’énergie photovoltaïque, sont ainsi devenues des secteurs concurrentiels innovants en pleine expansion. Dans ce contexte, il est donc nécessaire de s'assurer que les nouvelles technologies PV, qui sont complexes et issues de plusieurs étapes de fabrication, répondent aux critères d'un produit peu impactant pour l’environnement, dénommé ici éco-conçu. L’état de l’art sur l’éco-conception montre que la prise en compte des contraintes environnementales dans les projets de R&D à échelle TRL « Technology Readiness Level » bas est encore un phénomène émergent, pour les raisons suivantes : d’une part l’évaluation de l’impact environnemental est relativement complexe pour une technologie non mature en cours de développement (TRL bas) ; ses caractéristiques et procédés de fabrication n’étant pas encore tous connus ; d’autre part les outils identifiés présentent plusieurs écueils qui limitent leur intégration dans les organismes PV de R&D.Ce travail de recherche vise donc à développer une méthodologie pour permettre l’intégration pérenne de l’éco-conception dans les organismes de R&D, pour accompagner leurs partenaires industriels dans leur effort d’innovation et de compétitivité.La méthode développée est ainsi basée sur le principe d’estimation des taux d’évolutions techniques, économiques et environnementales d’une nouvelle technologie (TRL bas) par l’intermédiaire d’une base de données de référence. La construction de cette dernière s’appuie sur l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) comme outil de pilotage pour fournir des résultats fiables, malgré le faible niveau TRL.Pour intégrer de façon pérenne cette approche au sein des organismes de R&D, la méthode développée a été implémentée dans un outil informatique « ECO PV » dédié aux systèmes PV en silicium cristallin, qui constituent plus de 90% du marché PV actuel. Basé sur le principe de démocratisation des connaissances environnementales et de la capitalisation des informations, cet outil est accessible non seulement aux experts en ACV mais aussi à l’ensemble des ingénieurs du domaine PV.Ce travail de recherche a enfin permis d’une part de générer des premiers résultats à la fois fiables, simples et quantifiés, et de développer une méthodologie d’éco-conception pour orienter les choix technologiques des projets dans les phases amont de R&D, afin de développer des systèmes PV plus respectueux de l’environnement
Faced with current environmental challenges, investing in renewable energies in the name of the "energy transition" is the alternative most adopted by many countries. Renewable energies, in particular photovoltaic solar (PV) energy, have thus become innovative and competitive sectors in full expansion. In this context, it is therefore necessary to ensure that new PV technologies, which are complex and the result of several manufacturing stages, meet the criteria of a product with low environmental impact, referred here as eco-designed.The state of the art on eco-design shows that the consideration of environmental constraints in R&D projects with low TRL "Technology Readiness Level" is still an emerging phenomenon, for two main reasons. On the one hand, environmental impact assessment is relatively complex for a non-mature technology under development (TRL low) because its characteristics and manufacturing processes are not yet fully defined. On the other hand, the identified tools in the literature have several limitations that impede their appropriation in R&D organizations.This research work therefore aims to develop a methodology to enable the sustainable integration of eco-design into R&D organizations, supporting their industrial partners in innovation and competitiveness. Thus, the developed method is based on the estimation of the evolution rate of technical, economic and environmental criteria of a new technology (low TRL) through a specific database of reference. The construction of the database relies on Life Cycle Assessment (LCA), used as a management tool to provide reliable results, despite the low TRL level.To integrate this approach into R&D organizations in a sustainable way, the method developed was implemented in a software "ECO PV" dedicated to crystalline silicon PV systems, which represent more than 94% of the current PV market today. Based on the principle of democratization of environmental knowledge and capitalization of information, this tool is accessible not only to LCA experts but also to all engineers in the PV field.Finally, this research work enabled to generate reliable, simple and quantified results and to develop an eco-design methodology to guide the technological choices of projects in the upstream phases of R&D, in order to develop PV systems more environmentally friendly

Dans une vision de développement durable et d'indépendance énergétique visant l'intégration massive des énergies renouvelables à moyen terme dans le mix énergétique, les travaux menés au cours de cette thèse se sont axés sur deux thématiques :- d'une part, la comparaison de la production de trois technologies différentes de panneaux solaires (silicium, silicium avec concentration, CdTe) en fonctionnement réel dans une centrale photovoltaïque au sol dotée du suivi deux axes de la course du soleil ;- d'autre part et étant donné la nature intermittente de l'énergie photovoltaïque et son non-synchronisme avec la consommation, le développement et l'intégration de batteries à base de lithium comme moyen de stockage électrochimique de l'énergie photovoltaïque. L'approche est novatrice et a permis l'étude de nouveaux composés d'électrodes étudiés sous contraintes photovoltaïques réelles et utilisant différentes stratégies de restitution de l'énergie en vue du déploiement prochain des réseaux intelligents. Les simulations portent sur des accumulateurs de petites tailles classiquement utilisés dans les laboratoires de recherche mais préfigurant ce qui pourra être construit à plus grande taille
In a vision of sustainable development and energy independence aiming at the massive integration of the medium-term renewable energies in the energy mix, the research works are centered on two themes:- On one hand, the comparison of the production of three technologies different from solar panels (silicon, silicon with concentration, CdTe) installed into a photovoltaic power plant with 2-axes sun tracking;- On the other hand and given the intermittent nature of the photovoltaic energy and its non-simultaneity with the consumption, the development and the integration of batteries with lithium as means of electrochemical storage of the photovoltaic energy. The approach is innovative and allowed the study of new compounds of electrodes studied under real photovoltaic constraints and using various strategies of return of the energy with the aim of the next deployment of the intelligent networks. The simulations concern batteries of small sizes classically used in research laboratories but prefiguring what can be built in bigger size

Les procédés de stockage de chaleur haute température par voie thermochimique solide/gaz présentent un grand intérêt pour des applications à des centrales solaires thermodynamiques. Le couple réactif CaO/Ca(OH)2 est adapté à cette application pour des déstockages entre 350 et 550°C sous des pressions de vapeur entre 0,2 et 2bar. Les paramètres de transferts de chaleur et de masse de lits de Ca(OH)2+GNE ont été évalués au travers de corrélations et d'expérimentations. Des expérimentations ont permis d'atteindre des puissances en réaction de déstockage supérieures à 200kW.m-3 pour des durées compatibles avec les centrales solaires (1 à 15h). Un modèle 2D a été développé, validé et exploité afin d'étudier les influences couplées des différents paramètres sur les performances du TCS. Enfin, l'intérêt de différentes configurations d'intégration du TCS dans la centrale solaire ont été mis en évidence en termes de performances et de puissances thermiques échangées avec les sources et puits
High-temperature heat storage processes using thermochemical solid/gas reaction exhibit great interest for applications in solar thermodynamic power plants. The reactive pair CaO/Ca(OH)2 is suitable for this recovery step application ranging from 350 to 550°C within steam pressures from 0.2 to 2 bar. Heat and mass transfer Ca(OH)2+GNE beds parameters were evaluated through correlations and experimentations. Experiments achieved recovery reaction powers above 200kW.m-3 for compatible durations with solar power plants (1 to 15 hours). A 2D model was developed, validated and exploited to study the coupled influences of different parameters on the performance of TCS. Finally, the benefit of different configurations of TCS integration within the solar power plant have been highlighted in terms of thermal performances and sources and sinks power exchanges

La croissance démographique, l'amélioration de la qualité de vie, et l'intensification des activités énergivores influent fortement sur la demande en énergie au travers de la consommation d'électricité sur un territoire. Le recours aux énergies fossiles constitue la solution la plus adoptée dans les milieux insulaires pour satisfaire cette demande. L'envers de cette méthode réside dans la quantité d'émissions de gaz à effet de serre générée au cours de la production d'énergie et la vulnérabilité de ces territoires. Les politiques actuelles ambitionnent l'atteinte de l'autonomie énergétique dans les milieux insulaires à moyen terme, et favorisent l'utilisation des énergies renouvelables pour restreindre les émissions de gaz à effet de serre. Ces travaux ont pour objet de quantifier les impacts environnementaux liés à la production d'électricité de La Réunion afin d'établir un diagnostic territorial. À partir de l'Analyse de cycle de vie et suivant les normes ISO 14044, les centrales de production d'électricité du territoire sont évaluées sous différents impacts environnementaux. La démarche adoptée a été de mettre en place un outil d'évaluation adapté à tout territoire, permettant d'identifier les étapes et les processus fortement contributeurs pour la production de 1 kWh électrique. Les résultats de ce diagnostic servent de points de repère pour élaborer les scénarios de production, établis dans une démarche de modélisation prospective. Huit scénarios proposés ont été développés pour répondre aux contraintes environnementales, techniques, sociales et économiques
Population growth, the raising of the standard of living and quality of life, and energy-intensive activities are key parameters affecting the territory energy demand, through electricity consumption. To meet this demand, reliance on fossil fuels is the main adopted solution, particularly in insular context. The downside of this method is the large amount of greenhouse gas emissions (GHG) emitted, and vulnerability of the territories. Current policies are now in favor of the energy self-sufficiency as a medium-term objective, and put in place measures to support the use of sustainable energy sources to mitigate GHG emissions. This work aims to assess environmental impact of electricity production in Reunion island, to establish a territorial diagnosis. Based on a life cycle assessment approach, according to ISO 14044 standards, varying environmental impacts have been evaluated from existing power plants. An evaluating tool has been developed to identify the most emissive life cycle stage from 1 kWh electricity produced. The obtained results serve as a reference point to develop prospective scenarios. Eight scenarios have been presented and aim to satisfy environmental, technical, social and economic constraints

L’apport scientifique de cette thèse se concentre sur la résolution des défis particuliersliés à la stabilité et à l’optimisation des réseaux de distribution en courant continu (DC).Cette recherche vise à élaborer des stratégies de contrôle et des algorithmes d’optimisation avancés afin de maximiser l’intégration des sources d’énergies renouvelables en courantcontinu tout en minimisant les pertes d’énergie dans le but d’atteindre l’auto-consommation.L’architecture matérielle proposée dans ce travail s’appuie sur deux technologies de distribution électrique en courant continu, à savoir le Power over Ethernet (PoE) et le Power overData Line (PoDL). Grâce à ces deux technologies, il est possible d’obtenir une améliorationd’au moins 7 % en termes d’efficacité énergétique lorsque la source d’énergie est en courantcontinu, comme c’est le cas pour l’énergie photovoltaïque ou l’énergie stockée dans des batteries. L’intégration de ces technologies dans les bâtiments crée un système de distributionplus flexible, permettant l’incorporation de charges dans la stabilisation du micro-réseau. LePoE alimente les appareils via Ethernet, tandis que le PoDL permet la communication IP etl’injection d’énergie par l’intermédiaire de l’infrastructure de câblage électrique existante.L’architecture logicielle que nous avons proposée dans ce travail est basée sur une communication réactive entre les acteurs du réseau DC, garantissant ainsi la stabilité et la sécurité.La méthode s’appuie sur un système multi-agents coordonné pour des décisions contextuelles,maximisant les avantages du réseau DC tout en garantissant un fonctionnement stable etéconome en énergie.La mise en œuvre d’un système de distribution électrique réactif est un défi majeur.La nature décentralisée de ce système nécessite un protocole de communication capablede répondre aux exigences de latence et de flexibilité. Par conséquent, après avoir évaluéplusieurs protocoles, nous avons confirmé que le protocole Data Distribution Service (DataDistribution Service (DDS)) se distingue par ses performances en temps réel, offrant unelatence bien délimitée et contrôlée. Grâce à sa structure distribuée et à ses capacités avancéesde gestion des données, le DDS peut assurer une communication en temps réel fiable etprévisible.En plus du protocole de communication réactif, nous avons utilisé une approche multiagents pour ses avantages tels que la gestion de l’incertitude, la flexibilité, l’extensibilité, laprise de décision distribuée, entre autres. Cependant, leur mise en œuvre dans un contexte oùla réactivité et la stabilité des micro-réseaux sont essentielles représente un défi particulier.Dans ce contexte spécifique, nous avons développé une architecture de système multi-agentsbasée sur la coordination avec des interactions bien définies. De plus, nous avons proposéune méthode d’optimisation basée sur le cycle hamiltonien de la théorie des graphes afind’optimiser les temps de latence des agents dans leurs tâches. L’approche multi-agents etles algorithmes d’optimisation proposés visent à répondre simultanément aux exigences deréactivité du système de contrôle et aux défis liés à l’optimisation de la gestion de l’énergiedans le micro-réseau DC
The scientific contribution of this thesis focuses on addressing specific challenges relatedto the stability and optimization of direct current (DC) distribution networks. This researchaims to develop control strategies and advanced optimization algorithms to maximize theintegration of renewable energy sources in DC while minimizing energy losses in order toachieve self-sufficiency. In pursuit of this objective, we have proposed in this work a hardware and a software architecture. The hardware architecture relies on two DC electrical distribution technologies, namely Power over Ethernet (PoE) and Power over Data Lines (PoDL). With these two technologies, it is possible to achieve at least a 7% improvement in energy efficiency when the energy source is in DC, such as photovoltaic energy or energy stored in batteries. Integrating these technologies into buildings creates a more flexible distribution system, allowing for the incorporation of loads in microgrid stabilization. PoE powers devices via Ethernet, while PoDL enables IP communication and power injection throughthe existing electrical wiring infrastructure.The software architecture that we have proposed in this work is based on reactive communication among the actors of the DC network, thus ensuring stability and safety. The method relies on a coordinated multi-agent system for context-aware decisions, maximizing the benefits of the DC network while ensuring stable and energy-efficient operation. Implementing a reactive electrical distribution system is a major challenge. The decentralized nature of this system requires a communication protocol capable of meeting latencyand flexibility requirements. Therefore, after evaluating several protocols, we have validated that the Data Distribution Service (DDS) protocol stands out for its real-time performance, offering well-bounded and controlled latency. Due to its distributed structure and advanced data management capabilities, DDS can ensure dependable and anticipatable real-time communication.In addition to the reactive communication protocol, we have used a multi-agent approachfor its benefits like uncertainty management, flexibility, scalability, and distributed decision-making. However, their implementation in a context where microgrid reactivity and stability are essential represents a particular challenge. Within this specific context, we have developed a coordination-based multi-agent system architecture with well-controlled interactions and latencies. Furthermore, we have proposed an optimization method based on the Hamiltonian cycle from graph theory to optimize the latencies of the agents in their tasks. The proposed multi-agent approach and optimization algorithms aim to simultaneously address the reactivity requirements of the control system and the challenges related to optimizing energy management in the DC microgrid

Le souhait d’augmenter la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique entraine une augmentation des parts des énergies volatiles et non pilotables, et rend donc l’équilibre offre-demande difficile à satisfaire. Une façon d’intégrer ces énergies dans le réseau électrique actuel est d’utiliser de petits moyens de production, de consommation et de stockage répartis sur tout le territoire pour compenser les sous ou sur productions. Afin que ces procédés puissent être intégrés dans le processus d’équilibre offre-demande, ils sont regroupés au sein d’une centrale virtuelle d’agrégation de flexibilité, qui est vue alors comme une centrale virtuelle. Comme pour tout autre moyen de production du réseau, il est nécessaire de déterminer son plan de production. Nous proposons dans un premier temps dans cette thèse une architecture et un mode de gestion pour une centrale d’agrégation composée de n’importe quel type de procédés. Dans un second temps, nous présentons des algorithmes permettant de calculer le plan de production des différents types de procédés respectant toutes leurs contraintes de fonctionnement. Et enfin, nous proposons des approches pour calculer le plan de production de la centrale d’agrégation dans le but de maximiser son gain financier en respectant les contraintes réseau
The desire to increase the share of renewable energies in the energy mix leads to an increase inshare of volatile and non-controllable energy and makes it difficult to meet the supply-demand balance. A solution to manage anyway theses energies in the current electrical grid is to deploy new energy storage and demand response systems across the country to counter balance under or over production. In order to integrate all these energies systems to the supply and demand balance process, there are gathered together within a virtual flexibility aggregation power plant which is then seen as a virtual power plant. As for any other power plant, it is necessary to compute its production plan. Firstly, we propose in this PhD thesis an architecture and management method for an aggregation power plant composed of any type of energies systems. Then, we propose algorithms to compute the production plan of any types of energy systems satisfying all theirs constraints. Finally, we propose an approach to compute the production plan of the aggregation power plant in order to maximize its financial profit while complying with all the constraints of the grid

Les systèmes électriques évoluent actuellement vers l'intégration d'une production moins carbonée, éventuellement plus locale. Afin d’explorer les évolutions possibles de ces systèmes sur le long terme, l’exercice prospectif s’appuyant sur des modèles est un outil précieux. Cependant, pour être pertinent, il doit réconcilier des phénomènes spatiaux et temporels à des échelles variées. Ainsi, le fonctionnement du système électrique repose sur un équilibre offre – demande à chaque instant. Afin de corriger les fluctuations de la production ou de la consommation qui surviennent nécessairement, les gestionnaires de réseau mettent en place un certain nombre de régulations dont les durées d’activation sont de l’ordre de quelques secondes à quelques heures. A des échelles de temps encore plus fines le système électrique présente une robustesse interne : le réseau électrique créé un couplage électromagnétique entre les machines synchrones qui leur permet de mutualiser leur inertie respective. Cette inertie, qui constitue une réserve d’énergie cinétique, est instantanément disponible pour faire face aux fluctuations. Pour que les scénarios de long terme proposés ne soient pas en contradiction avec les exigences de robustesse du système électrique, qui permettront son opération, il est nécessaire que l’évaluation de cette robustesse soit intégrée à la modélisation prospective. Dans ce travail, nous proposons un indicateur, calculable au sein des études de prospective, qui évalue la stabilité d’un système électrique, c’est- à-dire son aptitude à revenir au synchronisme suite à une perturbation. Cet indicateur repose sur une description agrégée du réseau de transport et traduit le couplage électromagnétique apporté par le réseau. Associé au modèle bottom-up de la famille MARKAL/TIMES décrivant le système électrique français, cet indicateur de synchronisme et un indicateur quantifiant la réserve cinétique disponible, nous permet d’évaluer les conséquences de la pénétration du renouvelable, notamment sur la robustesse du système électrique
Power systems are currently facing several issues in order to evolve and integrate less carbon-heavy, and potentially more local, production. Prospective model-based analysis is a precious tool for exploring the possible long-term developments of these systems and comparing their advantages and disadvantages. However, to ensure relevance, it is important to reconcile the spatial and temporal phenomena that occur at various scales. Power system management depends on constantly maintaining a complex supply- demand balance. Meeting this challenge requires anticipating demand variations and power plant availability, combined with regulation systems to resolve remaining discrepancies. These regulations are activated in from a few seconds up to several hours. On shorter timescales, power systems show inherent robustness: the power grid creates an electromagnetic coupling between synchronous machines allowing them to share their inertia. This inertia, which takes the form of kinetic energy, is instantaneously available to face natural demand or supply fluctuations. To ensure that proposed long-term scenarios are consistent with the robustness requirements of power systems, which enable their management, this robustness must be assessed using prospective modeling. In this work, we propose an indicator, calculable within prospective studies, which assesses power system stability, namely its ability to return to synchronism after a perturbation. This indicator is based on an aggregated description of the transportation power grid and describes the electromagnetic coupling brought by the power grid. When combined with a bottom-up model from the MARKAL/TIMES family describing the French power system, this synchronism indicator, along with another indicator quantifying the available kinetic reserve, enables us to assess the consequences of renewable penetration, especially in terms of power system robustness

L’objectif de cette thèse est d’étudier les nouvelles dynamiques et leurs impacts dans le secteur de l'électricité. Elle discute des sujets critiques d’après les perspectives de la macroéconomie, de la configuration structurelle, et de la transition vers des sources d'énergie renouvelables. Plus précisément, trois sujets se dégagent: le lien entre la consommation d'électricité et la croissance économique, les impacts de l'intégration verticale entre les producteurs et les détaillants, et les impacts d'intégration de production d'énergie renouvelable intermittente. En mettant en jeu ces trois sujets, elle tente d’apporter des réponses aux défis principaux de la sécurité d'approvisionnement, de la compétitivité, et de la durabilité du développement énergétique. En donnant de nouvelles orientations dans la recherche sur l’économie de l’énergie, elle servira à éclairer des débats politiques
The objective of this thesis is to study the new dynamics and their impacts in the electricity sector. It discusses the critical issues from the perspectives of macroeconomics, structural configuration, and a transition to renewable energy sources. More precisely, three topics emerge: the nexus between electricity consumption and economic growth, the impacts of vertical integration between power generators and retailers, and the market impacts and integration issues of intermittent renewable generation. By studying these three topics, it provides answers to the key challenges of supply security, competitiveness and sustainable development in the energy sector. By giving new research directions of energy economics, it serves to inspire related policy debates

Cette thèse a pour objectif de définir les effets potentiels, actuels et futurs, des flux d’investissement réalisés dans le cadre de projets du type Mécanisme de Développement propre (MDP) ou tout autre mécanisme successeur. Ainsi, nous proposons une évaluation de ce type d’investissements, perçu par les pays en développement à l’horizon de 2020 et 2050, ainsi que de leurs effets économiques. Nous essayons aussi de définir les caractéristiques (observées jusqu'à présent) de ces flux et de leurs interactions avec les flux financiers «classiquement» perçus par les Pays en Développement (PED) : aide publique au développement (APD) et investissements directs étrangers (IDE). Sont aussi étudiés les facteurs principaux qui pourraient induire de plus conséquentes retombées pour les pays récepteurs, mais aussi les impacts des MDP en termes de développement durable et de transferts technologiques. L’analyse est complétée par une description des principaux obstacles qui existent (en raison des caractéristiques des pays récepteurs mais aussi du mécanisme lui-même), des tentatives de solutions déjà adoptées ainsi que des mécanismes alternatifs qui pourraient être mis en place à l’avenir. Ainsi, l’analyse démontre les effets bénéfiques des projets MDP (ou des potentiels mécanismes successeurs) en termes d'investissements perçus, d’Unités de Réductions Carbone (qui peuvent en résulter), de croissance économique, de transferts technologiques et de développement durable pour les pays non-Annexe I. En outre, l’analyse souligne l'importance des capacités d’absorption de ces pays (notamment présence de main-d'œuvre qualifiée, disponibilité de facilités de crédit et d’infrastructures dans le domaine des énergies renouvelables) afin de bénéficier plus largement des potentielles retombées économiques. Ainsi, la mise en place d'un mécanisme similaire amélioré et accompagné de programmes de développement des capacités installés, devrait être du plus grand intérêt autant pour les pays Annexe I et non-Annexe I dans le cadre de futures négociations du CCNUCC
The present thesis focuses on the definition of potential Clean Development Mechanism (CDM) (or other successor mechanism) financial flows at the horizon of 2020 and 2050 and on their impact on recipient countries’ economies. The analysis is completed by an overview of the current CDM characteristics, not only through a comparison with other financial flows (Foreign Direct Investments (FDI) and Official development Assistance (ODA)) typical for developing countries, but also through a detailed survey of the conditions that would ease the spread of greater spill-over effects and through an analysis of the current impacts on host countries’ economic growth. At last, the thesis presents an overview of the current CDM impacts in terms of technology transfers and sustainable development and it proposes a detailed overview of the main offset- mechanism limits, the undergone improvements and the alternative solutions. Thus, the thesis shows the positive impact that projects under the CDM or any potential successor mechanisms can have in terms of perceived investments, issued carbon emission reductions, economic growth, technology transfers and, ultimately, sustainable development within non-Annex I host countries. In addition, it demonstrates that larger share of benefits will be earned by those countries that would be able to absorb greater spill-over effects through their more favourable conditions in terms of renewable energies infrastructure, credit facilities and qualified human capital availability. For both Annex I and non-Annex I countries, the generalization of an improved sustainable successor mechanisms, in combination with robust capacity building programs, should be of the highest interest in any future negotiations under the UNFCCC

La transition énergétique « bas carbone » au Maghreb, analysée sous l’angle du déploiement de l’énergie solaire pour la production d’électricité, est appréhendée dans un double contexte euro-méditerranéen et national. Elle est notamment le fruit de projets imaginés par des structures supranationales et décidés au plus haut niveau des États. À l’échelle euro-méditerranéenne, des initiatives ont été mises en place pour appuyer le développement à grande échelle de l’énergie solaire, qu’elles émanent de dispositifs intergouvernementaux (Plan Solaire Méditerranéen en 2008) et de consortia industriels privés (Desertec Industrial Initiative, Medgrid en 2009). À l’échelle nationale, les trois pays du Maghreb (Algérie, Maroc, Tunisie) ont formulé, surtout depuis 2009, des politiques de développement des énergies renouvelables, et élaboré, pour leur mise en œuvre, des plans et programmes nationaux. L’objet de cette thèse est d’analyser la mise en œuvre de la transition énergétique « bas carbone » au Maghreb et d’en montrer les implications spatiales et relationnelles aux échelles euro-méditerranéenne et nationale. Ainsi, nous montrons en quoi l’électricité contribue à redéfinir la mise en réseau des espaces régionaux et dans quelles mesures la diffusion des technologies solaires participe à redessiner la géographie de l’électricité au Maghreb. L’objet technique (infrastructure de réseau et unité de production d’électricité à partir de l’énergie solaire) est appréhendé à partir d’une approche systémique, à l’interface des sphères spatiale, politique et économique et sociale
The « low carbon » transition in the Maghreb, analyzed with a focus on the deployment of solar energy for electricity generation, is considered in both a Euro-Mediterranean and national context. This transition is the result of projects that were designed by supranational organizations and agreed on at the highest level. On a Euro-Mediterranean level, initiatives were implemented to support a large scale development of solar energy, whether it be at an intergovernmental level (Mediterranean Solar Plan, 2008), by private industrial consortia (Desertec Industrial Initiative, Medgrid 2009). At national level, the three Maghreb countries (Algeria, Morocco, Tunisia), have formulated explicit renewables development policies, (especially since 2009), and established national plans and programs (Moroccan Solar Plan, Tunisian Solar Plan, National Renewable and Efficiency Energy Program in Algeria). The purpose of this thesis is to explore the implementation of the « low carbon » transition in the Maghreb and show what spatial and relational implications it had both at European and national level. Thus, we explain how electrical energy contributes to redefine how regional areas connect and to what extent the implementation of solar technologies helps reshape the geography of electrical energy in the Maghreb. The technical aspect (network infrastructure and electricity production unit by solar energy) will be studied following a systemic approach, at the crossroads of spatial, social, political and economical spheres
الملخص تسعى الأطروحة إ لى تحليل الانتقال نحو الطاقات الىتجددة وخاصة الشمسية بأقطار الىغرب العربي من خلالإطارين : إطارأورو - متوسطي و إطار قطري مح . يبدو الانتقال الطاقي وكأنه نتاج لىشاريع أعدتها هياكل فوق قطرية .ك ما أن إقرارها تم لى تموضع مبادرات تهدف إ لى ، أ ع ا لى ستويات السياسية . فع الىستوى ا لا ورو - متوسطي استعمال الطاقة الشمسية ع نطاق واسع وهذه الىبادرات ناشئةعن ترتيبات ب ين .(2008 - خطة الطاقة الشمسية الىتوسطية 2009 الحكومات ) مبادرة ديزرتاك اهتمت الأطروحة بأقطار الىغرب العربي الثلاثة )تونس - الجزائر - الىغرب ( مجسدة لى ثلاثة برامج كلى ى : خطة الطاقة الشمسية الىغربية، الىخطط الشم التون ، ا ل لىنامج الوطني للطاقة الىتجددة وكفاءة الطاقة لى الجزائر . إن الغرض من الأطروحة هو كذلك تحليل الانتقال الطاقي بشمال إفريقيا وإبراز أثارها الىجالية والعلائقية ع الىستوىا لا ورو - متوسطي و ع الىستويات الوطنية، ك ما نسعى إ لى إبراز كيفة مساعدة الطاقة الشمسية ع إعادة تعريف الشبكات غ الىستوى الإقليمي وكيف أن إعادة توزيع تكنولوجيا الطاقة الشمسية تشارك لى إعادة رسم جغرافية الكهرباء بشمال إفريقيا

L’objectif de ces travaux est de développer une méthode d’aide à la conception des réseaux de chaleur urbains (RCU). Cette méthode utilise un modèle de type MINLP (Mixed Integer Non Linear Programming) pour l’optimisation simultanée de la configuration et du dimensionnement d’un RCU. Aux variables continues pour l’aide au dimensionnement (température, vitesse, diamètre, aire des échangeurs), s’ajoutent des variables binaires aidant à définir la configuration du réseau (maillage et choix des technologies). La fonction objectif à minimiser est le coût total (capex et opex), qui est soumise à un ensemble de contraintes non linéaires (p. ex. pertes thermiques et de charge, bilans). La méthode développée dans ce manuscrit offre la possibilité de connecter en cascade des consommateurs n’ayant pas les mêmes besoins en température, et de réaliser des réseaux bouclés (une canalisation par tranchée). Elle permet aussi de choisir : les consommateurs à connecter au RCU, le ou les sites de production ainsi que le type de technologie utilisée. Enfin la bonne prise en compte de la physique permet de choisir le meilleur compromis entre pertes thermiques et pertes de charge, sur une large gamme de température. Cette formulation permet donc d’optimiser des réseaux de 4éme génération et de démontrer la rentabilité de l’intégration d’EnR&R sur le long terme (30 ans). Un premier travail est réalisé afin de proposer une méthodologie de résolution en plusieurs étapes permettant l’obtention de l’optimum global. Différents cas d’études académiques sont utilisés pour présenter les intérêts multiples de cette formulation. Enfin la comparaison avec un réseau existant a permis de démontrer la cohérence des résultats du modèle et a servi de base pour l’optimisation d’un cas d’étude de grande dimension. Plusieurs études de sensibilité post-optimale sont réalisées afin de démontrer l’intérêt de cet outil pour l’aide à la conception initiale ou l’extension de RCU existants
The aim of this thesis is to develop a method that provides design assistance for District Heating Network (DHN). This tool allows simultaneously the optimization of the configuration and its sizing, thanks to an MINLP formulation (Mixed Integer Non-Linear Programming). Binary variables help to choose the optimal configuration (network layout and technologies of production), whereas continuous variables help DHN sizing (temperature, diameter, velocity, heat exchanger area, thermal generating capacity …). The objective function to minimize is the total cost (capex and opex), subjected to numerous nonlinear constraints (e.g. thermal losses, pressure drop, energy balance).This method enables to design temperature cascade between consumers, when consumer temperature requirements are different, and also looped network (only one pipe in one trench). It helps also the decision to connect (or not) consumers to the main network and also the location(s) and type(s) of the heating plant. Moreover, the arbitrage between heat losses and pressure drops is taken into account thanks to physical considerations (non-linear equations). Eventually, it is possible to design 4th generation DHN and prove their financial profitability over the long terms (30 years). First a multi-step resolution strategy is proposed to ensure finding global optimum of the complex MINLP problem. Then academic study cases are analyzed to underline the numerous assets of the formulation. Finally, the optimal design compared to an existing DHN ensures the consistency of the method and allows to build a study case at a wider scale, which can be solved thanks to the comprehensive strategy developed. The design assistance method is available for initial design as well as for extension of existing DHN

Les réseaux électriques subissent deux changements majeurs : le taux croissant de générateurs d’énergie distribuée (GED) intermittents et la dérégulation du système électrique. Les réseaux de distribution et leurs gestionnaires (GRD) sont plus particulièrement touchés. La planification, construction et exploitation des réseaux de la plupart des GRD doivent évoluer face à ces change- ments. Les réseaux actifs de distribution et la gestion intelligente de associée est une solution potentielle. Les GRD pourront ainsi adopter de nouveaux rôles, interagir avec de nouveaux acteurs et proposer de nouveaux services. Ils pourront aussi utiliser la flexibilité de manière optimale au travers, entre autres, d’outils intelligents pour la gestion prévisionnelle de leurs réseaux de moyenne tension (HTA). Développer ces outils est un défi, car les réseaux de distribution ont des spécificités techniques. Ces spécificités sont la présence d’éléments discrets comme les régleurs en charge et la reconfiguration, les flexibilités exogènes, la non-linéarité des calculs de répartition de charge, et l’incertitude liée aux prévisions des GED intermittents. Dans cette thèse, une analyse économique des flexibilités permet d’établir une référence commune pour une utilisation rentable et sans biais dans la gestion prévisionnelle. Des modèles linéaires des flexibilités sont développés en utilisant des reformulations mathématiques exactes. Le calcul de répartition de charge est “convexifié” à travers des reformulations. L’optimalité globale des solutions obtenues, avec ce modèle d’optimisation exact et convexe de gestion prévisionnelle, sont ainsi garanties. Les tests sur deux réseaux permettent d’en valider la performance. L’incertitude des prévisions de GED peut pourtant remettre en cause les solutions obtenues. Afin de résoudre ce problème, trois formulations différentes pour traiter cette incertitude sont développées. Leurs performances sont testées et comparées à travers des simulations. Une analyse permet d’identifier les formulations les plus adaptées pour la gestion prévisionnelle sous incertitude
Power systems are faced by the rising shares of distributed renewable energy sources (DRES) and the deregulation of the electricity system. Distribution networks and their operators (DSO) are particularly at the front-line. The passive operational practives of many DSOs today have to evolve to overcome these challenges. Active Distribution Networks (ADN), and Active Network Management (ANM) have been touted as a potential solution. In this context, DSOs will streamline investment and operational decisions, creating a cost-effective framework of operations. They will evolve and take up new roles and optimally use flexibility to perform, for example, short-term op- erational planning of their networks. However, the development of such methods poses particular challenges. They are related to the presence of discrete elements (OLTCs and reconfiguration), the use of exogenous (external) flexibilities in these networks, the non-linear nature of optimal power flow (OPF) calculations, and uncertainties present in forecasts. The work leading to this thesis deals with and overcomes these challenges. First, a short-term economic analysis is done to ascertain the utilisation costs of flexibilities. This provides a common reference for different flexibilities. Then, exact linear flexibility models are developed using mathematical reformulation techniques. The OPF equations in operational planning are then convexified using reformulation techniques as well. The mixed-integer convex optimisation model thus developed, called the novel OP formulation, is exact and can guarantee globally optimal solutions. Simulations on two test networks allow us to evaluate the performance of this formulation. The uncertainty in DRES forecasts is then handled via three different formulations developed in this thesis. The best performing formulations under uncertainty are determined via comparison framework developed to test their performance