Literatura académica sobre el tema "Intégration énergies renouvelables"

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<br>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<br>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.<br>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.