Добірка наукової літератури з теми "Énergies renouvelables – Production – Contrôle"

L’énergie solaire photovoltaïque (PV) est parmi les énergies renouvelables la plus utilisée pour la production de l’énergie électrique. Le point le plus important en ce qui concerne l'intégration des systèmes photovoltaïques au réseau est le convertisseur de puissance, notamment les onduleurs qui ne sont pas tout à fait capables de fonctionner en mode avancé. Les nouvelles techniques en développement permettent d'améliorer les performances des onduleurs en assurant l'intégration correcte des systèmes photovoltaïques en tenant compte des caractéristiques du réseau. D’où, des exigences pour le contrôle avancé de l'onduleur connecté au réseau permettent le contrôle complet de l'énergie photovoltaïque fournie, toute en assurant une bonne qualité d’énergie, un faible Taux de Distorsion Harmonique (THD) des courants injectés dans le réseau et le contrôle de la puissance active et réactive. Ce papier présente, les configurations, la classification et les topologies des différents types d’onduleurs PV connectés au réseau. Un résumé concis des méthodes de contrôle pour les onduleurs monophasés et triphasés est également présenté. Un banc d’essai a été réalisé pour la validation expérimentale des techniques de contrôle proposées et développées.

Dans cet article, on présente les principes et technologies permettant de convertir en électricité les principales ressources d’énergies océaniques renouvelables (énergie thermique des mers, énergie des vagues et énergie marémotrice). Leur potentiel de production d’énergie est mis en perspective par rapport à l’enjeu de la transition énergétique.

En 1922, Armor invente le papier carbone, puis, au cours du siècle, produit tous types d’encres et de consommables d’impression. Semblant à bout de souffle en 2004, elle est rapidement redressée et cédée en 2008 à un fonds lyonnais. En 2014, l’équipe de direction acquiert la majorité du capital, en y associant 500 salariés. En 2022, elle acquiert son concurrent historique américain et contrôle 100 % du capital. Aujourd’hui, le moment est venu de diversifier le Groupe dans les énergies renouvelables !

La mer est une source d’énergies renouvelables. Des moulins à marée connus dès l’Antiquité aux éoliennes actuelles, les techniques sont nombreuses. Depuis peu, des champs d’éoliennes se développent sur les côtes françaises, en attendant de le faire beaucoup plus au large. D’autres systèmes sont à l’étude : utilisation des courants, de la houle, de l’énergie thermique. Reste la question de l’intermittence qui nécessite des modes de production mieux connectés.

La transition énergétique vers les énergies renouvelables a poussé les pays notamment ceux du sahel à utiliser au mieux les énergies renouvelables. Parmi ces énergies renouvelables, le biogaz contribue aux défis énergétiques et environnementaux des populations. Dans ce papier, nous proposons une méthodologie capable à la fois de produire du froid et d’électricité à partir des déchets organiques. L’approche proposée donne une étude du potentiel et de la disponibilité des déchets (analyse de la disponibilité, caractérisation des déchets, etc.), une conception et dimensionnement du système de conversion (centrale à déchets), une modélisation et simulation du processus de production de froid et d’électricité sous le logiciel « Thermoptim ». Les résultats obtenus notamment pour le cas de Bamako (capitale du Mali) donnent la quantité journalière de biogaz (déchets méthanisables) de 1544 tonnes/j dont celle du méthane est de 14479,084 m3/j et celle de l’énergie primaire est de 143,922 MWh/j. L’énergie thermique convertible en froid est de 57,93 MW/j et l’énergie électrique est de 52,475 MW/j. Par ailleurs, la simulation a permis d’une part de comprendre le processus thermodynamique, d’obtenir des résultats intéressants sur l’analyse de la biomasse soit 60,51% de matières sèches et 39,08 % de matières organiques pour le cas de Bamako et d’autre part de faire les analyses environnementale et économique. L’application de ce travail peut combler un déficit énergétique par rapport à la demande énergétique (froid, électricité) qui croit 10% environ par an.

L’énergie solaire photovoltaïque, composante importante des politiques énergétiques et climatiques mondiales, comprend la production d’électricité et la production de chaleur. La filière progresse régulièrement et rapidement en matière d’efficacité, de baisse des coûts, grâce aux efforts de recherche et aux retours d’expérience du marché. 41 % des capacités de production d’énergies renouvelables sont d’origine solaire ou éolienne.

La France doit aujourd’hui affronter trois nouveaux défis dans la mise en œuvre de sa politique énergétique. Elle doit sortir des énergies fossiles carbonées afin de respecter l’objectif de neutralité carbone à l’horizon 2050, et cela passe notamment par un renchérissement du prix du carbone. Elle doit en second lieu investir massivement dans la production d’électricité pour faire face à une demande croissante d’électricité liée à (l’électrification des usages, et cela requiert des investissements dans le nucléaire pilotable et décarboné. La France doit enfin relever le défi du stockage-déstockage à grande échelle des énergies renouvelables et regarder dans quelle mesure la mobilité électrique peut y contribuer. Il faut également repenser le fonctionnement des marchés de l’électricité si l’on veut que le financement de ces défis soit assuré.

Face aux échecs successifs des politiques climatiques et alors que l’objectif de rester en dessous du seuil de 1,5 °C s’éloigne de plus en plus, nous assistons également au danger d’un dévoiement complet de la prétendue « transition énergétique ». Obéissant aux intérêts d’un capital hautement concentré, en alliance avec les appareils d’État des principales puissances mondiales, l’expansion des « énergies renouvelables » devient le dispositif d’une nouvelle vague d’extractivisme. La course à l’exploitation du lithium ne contribue pas à atténuer la crise climatique, bien au contraire. Forme emblématique du néocolonialisme vert, elle relance le socio-métabolisme déjà sénile du capital. Son extraction à grande échelle menace d’extinction les systèmes hydro-communaux vivants dans les régions andines du nord-ouest de l’Argentine. Dans le bassin supérieur de l’Abaucán (à l’ouest de la province de Catamarca), l’exploitation du projet Tres Quebradas (sous le contrôle de la société internationale chinoise Zijin) entraîne de graves perturbations socio-métaboliques dans les systèmes hydriques, agricoles et alimentaires des communautés rurales du Bolsón de Fiambalá.

La Normandie est aujourd’hui la quatrième région française productrice d’électricité et sera bientôt troisième avec l’EPR de Flamanville et les parcs éoliens off shore. Elle dispose du deuxième plus grand parc nucléaire de France, avec 17 % des capacités nationales installées à Penly, Paluel et Flamanville. La Normandie exporte en moyenne 54 % de sa production électrique vers les régions voisines. L’électricité produite en Normandie est décarbonée à 96 %. À l’heure où l’avenir de la filière fait débat, entre EPR et transition énergétique, comment se positionne le nucléaire dans le paysage français et normand ? Quels atouts favorisent sa pérennité aux côtés des énergies renouvelables ?

Le Plan de développement électrique 8 (PDP8) du Vietnam vise une transition énergétique vers la neutralité carbone d'ici 2050. Sans lancer de nouvelles centrales à charbon et avec un objectif ambitieux de croissance des énergies renouvelables, le plan fait face à des défis de taille : mobiliser 13 milliards de dollars par an pour augmenter la capacité de production électrique et améliorer le réseau, tout en gérant les risques liés à la dépendance vis-à-vis du gaz naturel liquéfié importé. La réussite de ce plan pourrait servir de modèle pour d'autres pays à revenu intermédiaire en pleine transition énergétique.

La crise énergétique marquée par une flambée des prix du pétrole et les impératifs d'un développement durable font des énergies renouvelables une alternative qui suscitent aujourd'hui l'intérêt de plusieurs équipes de recherches. Le Sénégal, pays subsaharien, non producteur de pétrole n'est pas épargné par cette crise. Celle-ci se traduit par, une faible couverture du pays (en particulier les zones rurales) par le réseau électrique national. Pour faire face à cela, la nouvelle orientation en matière de politique énergétique met l'accent sur l'utilisation des énergies renouvelables notamment, le solaire et l'éolienne. L'objectif principal de cette thèse est de dégager une méthodologie de conception d'un site isolé de production d'énergie électrique à partir des énergies alternatives. Il s'agit à partir des caractéristiques d'un site (ressources d'énergie disponibles, besoins énergétiques) de :- mettre en place une démarche qui permette le choix d'une architecture du réseau et de dimensionner de façon optimale l'ensemble des constituants du réseau (machines, sources et dispositifs de stockage) en tenant compte de toutes les contraintes- concevoir un dispositif de commande des composantes et de gestion des flux d'énergie Cette thèse comprend trois chapitres :- Chapitre 1 : pose la problématique de l'énergie au Sénégal. L'organisation institutionnelle du sous-secteur de l'électricité, les réalisations et les projets en cours sont présentés. Aussi, une étude sur les architectures de micro-réseaux est faite. - Chapitre 2 : traite des outils et logiciels. Une étude comparative des principaux logiciels d'analyse, de conception et simulation des micro-réseaux est réalisée. L'ensemble des composants de notre système ont été modélisées. Les méthodes d'optimisation et des outils de représentation graphique (Bond Graph, GIC et REM) des systèmes ont été présentés. Une enquête menée et une recherche bibliographique nous ont permis d'évaluer le potentiel énergétique du site et les besoins des populations.- Chapitre 3 : il s'agit de l'application de notre outil sur un site isolé identifié au Sénégal (MBoro/Mer). L'optimisation à travers la fonction objectif coût annualisée du système (ACS) nous a permis de dimensionner de façon optimale notre système. Aussi la commande du système avec la Représentation Energétique Macroscopique (REM) a été conçue.Pour la suite du travail, il faudrait envisager une prise en charge des problèmes de disponibilité du système à travers une surveillance et une supervision du dispositif. Le volet socio-économique aussi est à intégrer dans le futur afin de satisfaire l'évolution des besoins et des habitudes des populations.

La crise énergétique marquée par une flambée des prix du pétrole et les impératifs d’un développement durable font des énergies renouvelables une alternative qui suscitent aujourd'hui l’intérêt de plusieurs équipes de recherches. Le Sénégal, pays subsaharien, non producteur de pétrole n’est pas épargné par cette crise. Celle-ci se traduit par, une faible couverture du pays (en particulier les zones rurales) par le réseau électrique national. Pour faire face à cela, la nouvelle orientation en matière de politique énergétique met l’accent sur l’utilisation des énergies renouvelables notamment, le solaire et l’éolienne. L'objectif principal de cette thèse est de dégager une méthodologie de conception d’un site isolé de production d’énergie électrique à partir des énergies alternatives. Il s'agit à partir des caractéristiques d’un site (ressources d’énergie disponibles, besoins énergétiques) de :- mettre en place une démarche qui permette le choix d’une architecture du réseau et de dimensionner de façon optimale l’ensemble des constituants du réseau (machines, sources et dispositifs de stockage) en tenant compte de toutes les contraintes- concevoir un dispositif de commande des composantes et de gestion des flux d’énergie Cette thèse comprend trois chapitres :- Chapitre 1 : pose la problématique de l’énergie au Sénégal. L’organisation institutionnelle du sous-secteur de l’électricité, les réalisations et les projets en cours sont présentés. Aussi, une étude sur les architectures de micro-réseaux est faite. - Chapitre 2 : traite des outils et logiciels. Une étude comparative des principaux logiciels d’analyse, de conception et simulation des micro-réseaux est réalisée. L’ensemble des composants de notre système ont été modélisées. Les méthodes d’optimisation et des outils de représentation graphique (Bond Graph, GIC et REM) des systèmes ont été présentés. Une enquête menée et une recherche bibliographique nous ont permis d’évaluer le potentiel énergétique du site et les besoins des populations.- Chapitre 3 : il s’agit de l’application de notre outil sur un site isolé identifié au Sénégal (MBoro/Mer). L’optimisation à travers la fonction objectif coût annualisée du système (ACS) nous a permis de dimensionner de façon optimale notre système. Aussi la commande du système avec la Représentation Energétique Macroscopique (REM) a été conçue.Pour la suite du travail, il faudrait envisager une prise en charge des problèmes de disponibilité du système à travers une surveillance et une supervision du dispositif. Le volet socio-économique aussi est à intégrer dans le futur afin de satisfaire l’évolution des besoins et des habitudes des populations
The energy crisis characterized by the oil products price rising and the imperatives of sustainable development do that renewable energies are an alternative today witch attract the interest of several research teams. Senegal, sub-Saharan country, not oil producer is not spared by this crisis. The consequence of this is a low coverage of the country (especially rural areas) by the national grid. For solving this, the new orientation of the energy policy focuses on the use of renewable energy particularly solar and wind.The main objective of this thesis is to identify a methodology of design of an isolated site of electrical energy production from alternative energies It is consists on, from site characteristics (energy resources, energy requirements):- to develop an approach that allows the choice of network architecture and sizing optimally all components of the network (machines, sources and storage devices) taking into account all the constraints- to design a device for controlling components and managing the energy flowsThis thesis contains three chapters:- Chapter 1 - poses the problem of energy in Senegal. The institutional organization of the electricity sub-sector and the ongoing projects are presented. Also, a study of micro- architectures networks is made.- Chapter 2 deals with tools and software. A comparative study of the main software of analysis, design and simulation of micro- network is realized. The components of our system have been modeled. Optimization methods and tools for graphical representation (Bond Graph, GIC and EMR) systems were presented. A survey and a literature review allowed us to evaluate the energy potential of the site and the needs of populations.- Chapter 3: This is the application of our tool on an isolated site identified in Senegal (MBoro / Mer). Optimization through the Annualized Cost of the System (ACS) objective function has allowed us to scale our system optimally. As the control system with Energetic Macroscopic Representation (EMR) has been designed.For further work should be considered a treatment of problems of availability of the system through monitoring and supervision of the system. The socio- economic component is also integrated in the future to meet the changing needs and habits of the population

L’eau est abondante sur terre, cependant, elle n’est pas répartie de façon équitable sur le globe. C’est ainsi, que des systèmes de distribution d’eau ont été conçus pour répondre aux différents besoins. Dans ce cadre, pour rendre fertiles les terres au-dessus de la source, des réseaux d’irrigation ont été mis en oeuvre en exploitant des systèmes de pompage. Cependant, les réseaux sous pression sont sources de dépenses énergétiques colossales et de pertes en eau qui représentent des enjeux économiques importants. Ceci constitue un défi majeur en vue de l’optimisation des dépenses énergétiques. La présente thèse vise l’analyse du coût énergétique d’un réseau d’irrigation avec application au canal de Carpentras. L’objectif de ce travail est de minimiser les dépenses énergétiques du réseau. Pour ce faire, trois approches ont été explorées. Dans une première partie, une étude s’est focalisée sur l’optimisation des contrats d’électricité d’un point de vue administratif. Le but a été de proposer une méthodologie permettant d’optimiser le coût de la facture d’électricité en agissant sur des éléments du choix de l’exploitant. Dans la deuxième partie, une méthodologie pour la détection et localisation de fuites éventuelles, dans le réseau d’irrigation, est proposée. Cette méthode est fondée sur l’analyse de la circulation de l’eau. La troisième partie a été dédiée au dimensionnement d’un système de production énergétique basé sur l’utilisation des sources renouvelables
Water is abundant on earth, however, it is not evenly distributed on the globe. Thus, water distribution systems have been designed to meet different needs. In this context, to make fertile lands above the source, irrigation networks were implemented by operating pumping systems. However, pressurized networks are a source of huge energy expenditures and water losses that represent important economic issues. This is a major challenge for optimizing energy expenditure. The present thesis aims to analyze the energy cost of an irrigation network with application to the Carpentras canal.The objective of this work is to minimize the energy expenditure of the network. To do so, three approaches have been explored. Firstly, a study focused on the optimization of electricity contracts from an administrative point of view. The aim was to propose a methodology to optimize the cost of the electricity bill by acting on elements chosen by the operator. Secondly, a methodology for the detection and localization of possible leaks, in the irrigation network, is proposed. This method is based on the analysis of the circulation of water. Finally, a part was dedicated to the sizing of an energy production system based on the use of renewable sources

La modélisation, la gestion et l’optimisation des systèmes de production d'énergies renouvelables est actuellement un challenge pour mettre en œuvre le concept de ville intelligente. L’objectif de ces travaux de thèse est d'élaborer un système de gestion intelligente et autonome pour le contrôle et la supervision prédictive de la co-production d'énergies renouvelables dans un contexte de capteurs intelligents en réseau dont une des optimisations est également une problématique d'intégration. A partir de mesures expérimentales, nous montrons qu'il est possible d'autogérer de manière optimale la production électrique réelle d'installations d'énergies renouvelables selon une approche combinée ou superposée de modèles prédictifs prédéfinis et dont les mesures expérimentales ont permis de les affiner spécifiquement pour des installations photovoltaïques et micro-éoliennes en zone urbaine et en fonction de mesures réelles de paramètres physiques (température, humidité, etc.). En particulier, ces travaux mettent en œuvre une modélisation prédictive par la fonction Weibull de la production de puissance de systèmes PV polycristallins et amorphes, et d’une micro-éolienne de 2,4 kW en zone urbaine. L’approche de modélisation adoptée est confortée par une analyse statistique des données réelles de mesures selon les tests de Dickey-Fuller (DF), Goldfeld & Quandt (GQ), Durbin Watson (DW) et la méthode d’Engle & Granger. Ils montrent la pertinence et l'originalité des modélisations développées pour la prédiction fiable des productions d'énergies à partir de mesures expérimentales dans les conditions réelles d'utilisation et obtenues depuis la plate-forme GREEN. Outre les aspects modélisations, ces travaux ont également permis de proposer une solution technologique à base de capteurs communicants pour la collecte et l’analyse des paramètres physiques permettant une supervision temps réel en terme de production et de sa prédiction d’installations photovoltaïque et micro-éolienne
The modeling, management and optimization of renewable energy production systems is currently a challenge to develop the smart city concept. The goal of this thesis is to develop an intelligent and autonomous management system for the control and predictive supervision of the co-production of renewable energies based on smart networked sensors where the optimization is one problematic integration. From experimental measurements, we prove that it is possible to optimally self-manage the electricity production of renewable energy installations according to a combined or superposed approach of predictive models where experimental measurements allowed to refine them. Particularly, we show the useful of the proposed approach for the photovoltaic and wind turbine installations in an urban zone according to real physical parameter measurements (temperature, humidity, etc.). More precisely, this work proposes one predictive model based on the Weibull function of the power production of polycristallins and amorphous PV systems, and one 2,4 kW micro-wind system in a specific urban zone. The proposed method is has been reinforced by the statistical analysis of real measured data by using the Dickey-Fuller (DF), Goldfeld & Quandt (GQ), Durbin Watson (DW) tests and the Engle & Granger’s method. This work has shown the relevance and originality of the models developed for the reliable prediction of energy production from experimental measurements under real conditions and obtained from the GREEN platform. In addition to modeling aspects, this work has also show that it possible to implement technological solutions based on communicating sensors for the collect of physical parameters under real-time supervision IHM given the real time photovoltaic and micro-wind power productions

Le couplage de panneaux photovoltaïques avec une batterie électrochimique permet d'atténuer le déphasage journalier entre production et demande d'électricité dans un micro-réseau. Pour le stockage d'électricité à long-terme, l'utilisation conjointe d'un électrolyseur, d'un stockage hydrogène et d'une pile à combustible offre en principe la possibilité de conserver l'électricité produite en été pour les besoins accrus de l'hiver. Le contrôle optimal en temps réel des unités de stockage des micro-réseaux est entravé par les données aléatoires et le comportement dynamique non-linéaire des unités sur des horizons temporels longs. Ce travail présente une méthodologie de dimensionnement et pilotage d'un micro-réseau comprenant une production d'électricité photovoltaïque, une batterie lithium-ion et un stockage hydrogène selon des objectifs économiques, environnementaux et techniques. Le dimensionnement des unités d'un micro-réseau établit leurs contraintes d'utilisation, tandis que les critères à optimiser pour son dimensionnement (comme le coût de l'énergie, le taux d'autoconsommation, la probabilité de pannes) dépendent de la gestion de ces unités. Cette interdépendance justifie le développement d'une méthodologie de dimensionnement couplée au contrôle à long-terme du micro-réseau. La gestion d'un micro-réseau est influencée par des grandeurs aléatoires telles que la demande et l'énergie produite à chaque instant. L'apprentissage par renforcement est une méthodologie de prise de décision séquentielle s'appuyant sur un modèle dynamique du système et pouvant adapter sa stratégie à des données aléatoires. Dans un premier temps, une méthodologie de contrôle par apprentissage par renforcement est adoptée en intégrant des non-linéarités telles que le vieillissement du système de stockage. L'apprentissage par renforcement a permis de maintenir une politique de contrôle des unités efficace au regard des critères ciblés. Cette efficacité est maintenue malgré des données différentes et un horizon temporel plus long que ceux sur lesquels le modèle a été construit. Les stratégies de contrôle développées suggèrent que l'intérêt du stockage à long-terme de l'électricité dépend des caractéristiques du micro-réseau et en particulier de l'amplitude de la demande et de la capacité de la batterie. L'étude montre qu'un compromis doit être trouvé entre la rentabilité économique du micro-réseau et la garantie de son autonomie. Une méthode d'optimisation bi-niveaux est développée afin de parvenir à un dimensionnement des équipements avec contrôle optimal. La gestion du micro-réseau par apprentissage par renforcement en constitue la boucle interne, tandis que le dimensionnement des unités est réalisé via un algorithme de recuit-simulé dans la boucle principale. Une attention particulière est accordée à la minimisation du temps de calcul, grâce au développement d'une méthode de transfert de politique de contrôle d'une itération de la boucle principale à une autre. L'utilisation de l'apprentissage par renforcement hors ligne a permis d'apprendre des stratégies de contrôle des unités sans interaction aléatoire avec la simulation du micro-réseau. L'apprentissage des stratégies s'effectue selon l'observation des décisions de contrôle prises par un modèle entraîné sur d'autres dimensionnements à des itérations antérieures. Le temps de calcul est plus de deux fois plus court et la qualité de la politique de contrôle apprise n'est pas affectée. Les résultats sont analysés au regard des objectifs considérés, de la stratégie de contrôle et des données intégrées à la simulation du micro-réseau
Combining photovoltaic panels with an electrochemical battery reduces the daily phase difference between electricity production and demand in a microgrid. For long-term electricity storage, the combined use of an electrolyzer, hydrogen storage and a fuel cell offers the possibility of conserving electricity produced in summer to meet increased winter demand. Optimal real-time control of microgrid storage units is hampered by random data and the non-linear dynamic behavior of the units over long time horizons. This work presents a methodology for sizing and controlling a microgrid comprising photovoltaic electricity production, a lithium-ion battery and hydrogen storage, based on economic, environmental and technical objectives. The sizing of the units in a microgrid establishes their constraints of use, while the criteria to be optimized for its sizing (such as the cost of energy, the rate of self-consumption, the probability of breakdowns) depend on the management of these units. This interdependence justifies the development of a sizing methodology coupled with long-term energy management algorithm. The management of a microgrid is influenced by random variables such as demand and the energy produced at any given time. Reinforcement learning is a sequential decision-making methodology based on a dynamic model of the system that can adapt its strategy to random data. As a first step, a reinforcement learning control methodology is adopted by integrating non-linearities such as the aging of the storage system. Reinforcement learning enabled the energy management system to maintain an effective unit control policy with respect to the targeted criteria. This effectiveness is maintained despite different data and a longer time horizon than those on which the model was built. The control strategies developed suggest that the advantages of long-term electricity storage depend on the characteristics of the microgrid, and in particular on the amplitude of demand and the capacity of the battery. The study shows that a compromise must be found between the economic profitability of the microgrid and the guarantee of its autonomy. A bi-level optimization method is developed to achieve optimal unit sizing and energy management. The control of the microgrid by reinforcement learning forms the inner loop, while unit sizing is carried out using a simulated-annealing algorithm in the main loop. Particular attention is paid to minimizing computing time, by developing a method for transferring control policy from one iteration of the main loop to another. Offline reinforcement learning has been used to learn unit control strategies without random interaction with the microgrid simulation. The strategies are learned by observing the control decisions made by a model trained on other sizing in previous iterations. The calculation time is reduces by over 50% and the quality of the control policy learned is not affected. The results are analyzed in regard to the objectives considered, the control strategy and the data incorporated into the microgrid simulation

L’eau est abondante sur terre, cependant, elle n’est pas répartie de façon équitable sur le globe. C’est ainsi, que des systèmes de distribution d’eau ont été conçus pour répondre aux différents besoins. Dans ce cadre, pour rendre fertiles les terres au-dessus de la source, des réseaux d’irrigation ont été mis en oeuvre en exploitant des systèmes de pompage. Cependant, les réseaux sous pression sont sources de dépenses énergétiques colossales et de pertes en eau qui représentent des enjeux économiques importants. Ceci constitue un défi majeur en vue de l’optimisation des dépenses énergétiques. La présente thèse vise l’analyse du coût énergétique d’un réseau d’irrigation avec application au canal de Carpentras. L’objectif de ce travail est de minimiser les dépenses énergétiques du réseau. Pour ce faire, trois approches ont été explorées. Dans une première partie, une étude s’est focalisée sur l’optimisation des contrats d’électricité d’un point de vue administratif. Le but a été de proposer une méthodologie permettant d’optimiser le coût de la facture d’électricité en agissant sur des éléments du choix de l’exploitant. Dans la deuxième partie, une méthodologie pour la détection et localisation de fuites éventuelles, dans le réseau d’irrigation, est proposée. Cette méthode est fondée sur l’analyse de la circulation de l’eau. La troisième partie a été dédiée au dimensionnement d’un système de production énergétique basé sur l’utilisation des sources renouvelables
Water is abundant on earth, however, it is not evenly distributed on the globe. Thus, water distribution systems have been designed to meet different needs. In this context, to make fertile lands above the source, irrigation networks were implemented by operating pumping systems. However, pressurized networks are a source of huge energy expenditures and water losses that represent important economic issues. This is a major challenge for optimizing energy expenditure. The present thesis aims to analyze the energy cost of an irrigation network with application to the Carpentras canal.The objective of this work is to minimize the energy expenditure of the network. To do so, three approaches have been explored. Firstly, a study focused on the optimization of electricity contracts from an administrative point of view. The aim was to propose a methodology to optimize the cost of the electricity bill by acting on elements chosen by the operator. Secondly, a methodology for the detection and localization of possible leaks, in the irrigation network, is proposed. This method is based on the analysis of the circulation of water. Finally, a part was dedicated to the sizing of an energy production system based on the use of renewable sources

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

Au cours de ces récentes années, le développement des énergies renouvelables, en particulier l'énergie solaire et l'énergie éolienne, a attiré comme méthode alternative de production d'énergie, l'attention du monde entier avec une croissance exceptionnelle de sa production. Selon le rapport de Global Energy, l'énergie solaire mondiale devrait avoir atteint une capacité cumulée de 1 TW, tandis que l'énergie éolienne devrait avoir été multipliée par 3 ou 4 mégas par rapport à la production en 2020. Cette augmentation des énergies solaire et éolienne implique des investissements financiers très importants. Cependant, avec cet énorme potentiel d'investissement et l'augmentation significative de la capacité de production, il y a une responsabilité supplémentaire, souvent négligée : la gestion des centrales électriques pour assurer le coût total du cycle de vie le plus bas (Life Cycle Cost). Comme tout système de production standard, les composants de production d'énergie renouvelable (solaire et éolienne dans notre cas) sont sujets à des défaillances aléatoires qui interrompent la production et l'approvisionnement de la demande. La maintenance est identifiée comme une cause majeure d'accidents, on peut noter le manque de savoir-faire technique dans l'exploitation d'un équipement ou l'absence d'un bon plan de routine de maintenance. Dans le cadre des efforts visant à améliorer l'efficacité et la performance des centrales électriques à énergie renouvelable, nous proposons des modèles pour optimiser la production d'énergie et la maintenance dans nos études de cas sélectionnées (centrale solaire de Sokoto et parc éolien de Katsina au Nigéria). À cet égard, nous avons développé de nouvelles politiques de maintenance intégrées à la production d'énergie des systèmes d'énergie solaire et éolienne. La stratégie de maintenance préventive adoptée dans cette thèse est une stratégie de maintenance parfaite sur les composants sélectionnés pour la maintenance et une maintenance sélective imparfaite sur le système (solaire PV et éolienne). Le manque de batterie en cas de sous-production et les pertes de maintenance sont des défis considérés dans cette étude. La méthodologie que nous avons développée consiste à résoudre le problème d'optimisation de la production d'énergie et de la maintenance en utilisant la méthode théorique ainsi que la méthode d'apprentissage automatique (ANN et SVM) afin de satisfaire une demande aléatoire d'énergie pendant un horizon fini. Nous avons également étudié l'influence des conditions environnementales et opérationnelles des systèmes, puis validé les modèles par des exemples numériques et des études de sensibilité prouvant la robustesse des modèles développés
The development of renewable energy, especially solar and wind energy, over the recent years has gained global attention as an alternative method of generating energy experiencing exceptional growth in its production. In The Global Energy report, global solar energy is expected to have reached a cumulative capacity of 1TW while the wind energy is expected to have multiplied up to 3 to 4 times from mega production in the year 2020. This increase in the solar and wind power implies very significant financial investments. However, with this huge investment potential and significant increase in generation capacity, there is an additional, often overlooked responsibility: managing the power plants to ensure the lowest total life cycle cost (Life Cycle Cost). Like any standard production system, renewable energy (solar and wind energy in our case) generation components are subject to random failure, which interrupts production and supply of demand. Maintenance is identified as a major cause of accidents, lack of technical know-how of an equipment and the absence of a good maintenance routine plan. As part of the efforts to improve the efficiency and performance of renewable energy power plants, we propose models to optimize the power production and maintenance of our selected case studies (Sokoto solar plant and Katsina wind farm). In this regard, we developed new integrated maintenance policies integrated with production of the energy production from solar and wind energy systems. The preventive maintenance strategy adopted in this thesis is perfect maintenance strategy on the selected components for maintenance and an imperfect selective maintenance on the system (solar PV and wind turbine). Battery shortage in case of under-production and maintenance losses are challenges considered in this study. The methodology we developed entails solving the problem of energy production and maintenance optimization by using the theoretical method as well as machine learning method (ANN and SVM) in order to satisfy a random demand of energy during a finite horizon. We also studied the influence of environmental and operational condition of the systems and then validated the models by numerical examples and sensitivity studies proving the robustness of the developed models

Cette thèse est une contribution au problème du contrôle et de la gestion de l'énergie dans le cadre des systèmes hybrides à base de pompe à chaleur à entrée variable. Après un état de l'art sur les systèmes énergétiques et les pompe à chaleur, une présentation des outils expérimentaux, conçus et exploités tout le long de la thèse, est donnée. La troisième partie est constituée de la modélisation physique de la pompe à chaleur. Il s'agit du composant central utilisé pour le contrôle du système hybride. Ensuite, la stratégie de contrôle est décrite et validée à travers des résultats de simulation puis des expérimentations. La dernière partie est dédiée à la gestion d'énergie du système hybride. Plus précisément, un algorithme permettant d'optimiser l'énergie produite est proposé, puis, validé sur des sites représentatifs en France ; le cas d'étude considéré
This thesis is a contribution to the problem of control and management of energy within the heat-pump-based hybrid systems with variable input power. After a state of the art on energy systems and heat pump, a presentation of experimental tools, designed and operated throughout the thesis is given. The third part consists of the physical modeling of the heat pump. This is the central component used for the control of the hybrid system. Then, the control strategy is described and validated through the simulation results and the experiments. The last part is dedicated to the energy management of hybrid system. Specifically, an algorithm to optimize the energy produced is proposed and validated on representative sites in France ; the study-case of this work

Aujourd'hui, l'électricité est la forme d'énergie la plus aisée à exploiter dans le monde. Cependant, la produire à partir des sources fossiles comme le pétrole, le charbon, le gaz naturel,... est la principale cause du réchauffement climatique en émettant une quantité massive de gaz à effet de serre dans la nature. Il nous faut donc une alternative et vite! L'ensoleillement quasi-quotidien et le vent en quantité importante devraient favoriser davantage le développement des énergies renouvelables.Dans cette thèse, l'objectif principal consiste à appliquer la théorie du contrôle optimal aux énergies renouvelables afin de convaincre les décideurs de basculer vers celles-ci à travers des études mathématiques.Dans un premier temps, nous développons un cas déterministe basé sur ce qui a déjà été fait dans la transition des énergies fossiles vers les énergies renouvelables dans lequel nous formulons deux cas d'étude. Le premier traite un problème de contrôle optimal faisant état de la transition de l'énergie pétrolière vers l'énergie solaire. Le second concerne un problème de contrôle optimal faisant état de la transition de l'énergie pétrolière vers les énergies solaire et éolienne.Dans un second temps, nous développons une partie stochastique dans laquelle nous traitons un problème de contrôle stochastique dont le but est de prendre en compte l'aspect aléatoire de la production de l'énergie solaire puisqu’on ne peut pas garantir un ensoleillement quotidien suffisant
Today, electricity is the easiest form of energy to exploit in the world. However, producing it from fossil sources such as oil, coal, natural gas,…, is the main cause of global warming by emitting a massive amount of greenhouse gases into nature. We need an alternative and fast! The almost daily sunshine and the important quantity of wind should favor the development of renewable energies.In this thesis, the main objective is to apply the optimal control theory to renewable energies in order to convince decision makers to switch to them through mathematical studies. First, we develop a deterministic case based on what has already been done in the transition from fossil fuels to renewable energies in which we formulate two case studies. The first one deals with an optimal control probleminvolving the transition from oil to solar energy. The second deals with an optimal control problem involving the transition from oil to solar and wind energies.Then, we develop a stochastic part in which we treat a stochastic control problem whose objective is to take into account the random aspect of the production of solar energy since we cannot guarantee sufficient daily sunshine

Le débat public concernant l’avenir du mix énergétique français à l’horizon 2050 a longtemps été réduit à la seule considération de son volet électrique, dans une opposition entre énergie nucléaire et énergies renouvelables (EnR). Pourtant, la part non-électrique de notre consommation énergétique constitue clairement aujourd’hui un des principaux défis de la transition climatique et énergétique. Actuellement issue du pétrole, du gaz et du charbon, elle constitue l’angle mort des divers scénarios énergétiques disponibles, alors qu’elle restera encore indispensable, notamment dans le secteur de la mobilité et de la production de chaleur. Le Comité de prospective en énergie (CPE) de l’Académie des sciences examine ici les ressources énergétiques et carbonées pouvant être tirées de la biomasse, qui présente des atouts certains en permettant le stockage de l’énergie sous forme de biogaz ou de biocarburants, et les perspectives raisonnables offertes par celles-ci dans le mix énergétique national à l’horizon 2050. Le présent rapport se focalise sur les aspects scientifiques et technologiques, sans occulter certaines considérations environnementales, économiques, sociales, et de souveraineté nationale, abordés à la lumière de la littérature disponible et de l’audition d’experts des divers domaines considérés. Après avoir défini la notion de biomasse dans sa diversité, le rapport décrit les différentes bioénergies possibles et leurs limites. Les utilisations actuelles de la biomasse en France sont évaluées et comparées aux perspectives envisagées à l’horizon 2050 au regard du potentiel réellement mobilisable, pour lequel il existe une grande variation dans les estimations proposées, et des technologies nécessaires à sa transformation, qui restent, pour la plupart, coûteuses et de faible maturité. Ainsi, cette analyse montre notamment que le besoin d’énergie non-électrique, tel qu’il est défini dans le scénario de référence fourni par Réseau de transport d’électricité (RTE), sera difficile – pour ne pas dire impossible - à atteindre avec la seule biomasse produite en France : le bouclage énergétique 2050 passera nécessairement par un maintien d’importations de gaz naturel et par de nouvelles importations de biomasse et/ou de bioénergie introduisant des dépendances nouvelles et exportant les risques associés à leur utilisation massive. Le rapport rappelle que la bioénergie reste l’énergie la moins favorable en termes d’empreinte spatiale et que la biomasse a, sur toute la chaîne des valeurs, un faible retour énergétique. Sa plus grande mobilisation, qui ne devra pas se faire au détriment de la sécurité alimentaire humaine et animale, ni au détriment des éco-services rendus par la biosphère, aura des impacts environnementaux certains qu’il faudrait estimer avec rigueur. Enfin, le remplacement de la pétrochimie industrielle par une nouvelle « carbochimie biosourcée » va nécessiter des efforts considérables d’adaptation des procédés et de recherche et développement dans le domaine de la catalyse, de la chimie de synthèse et des biotechnologies. Ces conclusions conduisent le CPE à formuler des recommandations concernant : 1.La nécessaire amélioration de la concertation entre les divers organismes et agences pour aboutir à une estimation rigoureuse et convergente des ressources potentielles, 2.La réalisation de bilans carbone des diverses filières et d’analyses en termes de retour énergétique des investissements envisagés, pour s’assurer de la soutenabilité et du gain en carbone qui ne sont pas acquis pour le moment, 3.Le soutien au déploiement de la recherche et développement des filières de biocarburants de seconde génération pour accroitre leur maturité industrielle, 4.La poursuite du développement d’une chimie organique de synthèse biosourcée, 5.La priorité à établir dans l’utilisation de la biomasse pour les usages qui ne pourront être décarbonés par l’électricité, passant par une politique publique permettant de résoudre les conflits d’usages, 6.La nécessité de concertation des politiques énergétique et agroalimentaire de notre pays.