Contribution du Stockage à la Gestion Avancée des Systèmes Électriques : approches Organisationnelles et Technico-économiques dans les Réseaux de Distribution, Participation of Energy Storage in the Advanced Management of Power Systems : organizational, Technical and Economic Approaches in Distribution Grids

Gauthier Marc Aimé Delille

Description

Sous la direction de Bruno François
Thèse soutenue le 18 novembre 2010: Ecole Centrale de Lille
Des solutions innovantes doivent être développées pour envisager l’avenir des systèmes électriques face à un nombre grandissant de contraintes. En particulier, le stockage d’énergie est pressenti comme un soutien indispensable à l’essor massif dans les réseaux de distribution de sources de production exploitant les énergies renouvelables. Les présents travaux visent à apporter des éléments de réflexion sur cette option technique qui arrive à maturité et suscite l’intérêt. Dans un premier temps, des méthodes d’étude sont proposées pour cerner le potentiel et les opportunités du stockage distribué. Une grille de caractérisation des technologies est introduite et sa mise en œuvre souligne des performances intéressantes à des coûts qui, cependant, demeurent élevés. Pour rendre leur utilisation réaliste, la valeur de ces dispositifs pour les systèmes électriques est donc critique. Nous l’analysons en deux étapes : une classification de leurs services pour les différents acteurs en présence est définie avant d’aborder la mutualisation de fonctions, requise pour favoriser l’atteinte d’une rentabilité, via une approche originale. Cette démarche aboutit à l’identification de configurations porteuses qui méritent des études plus poussées. Pour ce faire, un modèle général de comportement des unités de stockage est développé dans un second temps. Interfacé à un logiciel de simulation dynamique des réseaux, il permet d’évaluer l’utilisation de telles installations pour diverses offres de services. Ces outils sont appliqués et validés expérimentalement sur la caractérisation d’une réserve impulsionnelle fournie par le stockage pour réduire les délestages dans les systèmes insulaires
-Stockage d'énergie
-Systèmes électriques
-Réseaux de distribution
-Électronique de puissance
-Modélisation
-Simulation dynamique
-Réglage de la fréquence
-Réseaux insulaires
Innovative solutions must be developed to make future power systems able to overcome a growing number of challenges. In particular, energy storage is thought to be the missing link that will help enable the massive integration of renewable sources in distribution grids. The present research work aims to investigate this new technical option, which has reached maturity and is currently attracting increasing attention. In the first part of the dissertation, general methods to assess the potential and opportunities of distributed energy storage are presented. A framework for characterizing storage technologies is defined and its use highlights interesting performances but high costs. That is why the benefits of such devices for power systems are crucial to their development. The study of this point is carried out in two phases: their applications for various stakeholders of liberalized power systems are first classified and precisely defined; the aggregation of some of these services to increase the profitability of energy storage is then contemplated using a new method. This approach leads to the identification of high-value configurations that deserve further exploration. To this end, a scalable, flexible model of distributed energy storage systems is proposed in the second part of the dissertation. Its implementation in a dynamic simulation software allows the study of advanced storage service packs in power systems. The possibilities offered by these tools are illustrated and experimentally validated on a case study: the provision of a fast frequency control reserve by distributed storage to reduce the use of automatic load-shedding in isolated power systems is analyzed
-Energy storage systems
-Power systems
-Distribution grids
-Power electronics
-Modelling
-Dynamic simulation
-Frequency control
-Isolated power systems
Source: http://www.theses.fr/2010ECLI0016/document

Sujets

• Stockage d'énergie
• Réseau de distribution
• Électronique de puissance
• Modélisation
• Musique bruitiste

Informations

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• Poids de l'ouvrage: 22 Mo

Extrait

N° d’ordre : 142

ÉCOLE CENTRALE DE LILLE



THÈSE

Présentée en vue
d’obtenir le grade de


DOCTEUR

en

Spécialité : Génie Électrique

par

Gauthier Marc Aimé DELILLE
Ingénieur de l’École Centrale de Lille (2007)


DOCTORAT DELIVRE PAR L’ÉCOLE CENTRALE DE LILLE


Titre de la thèse :
Contribution du Stockage à la Gestion Avancée des Systèmes Électriques,
Approches Organisationnelles et Technico-économiques dans les
Réseaux de Distribution


Soutenue le 18 novembre 2010 devant le jury d’examen :

Président Georges BARAKAT, Professeur, Université du Havre, GREAH
Daniel KIRSCHEN, Professeur, the University of Manchester Rapporteur
Rapporteur Abdellatif MIRAOUI, Professeur, Université de Technologie de Belfort-Montbéliard, SET
Xavier GUILLAUD, Professeur, École Centrale de Lille, L2EP Examinateur
Examinateur Stéphane BISCAGLIA, Dr., Expert Réseaux Intelligents et Stockage, ADEME
Gilles MALARANGE, Chef de Projet, EDF Recherche et Développement Membre invité
Directeur de thèse Bruno FRANÇOIS, Dr., Maître de Conférences HDR, École Centrale de Lille, L2EP


Thèse préparée dans le Laboratoire L2EP, EA2697
École Doctorale SPI 072 – Université Lille Nord-de-France




tel-00586088, version 1 - 14 Apr 2011





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Avant-propos

Je tiens tout d’abord à remercier toutes les personnes qui ont contribué aux travaux présentés dans ce
qui suit, que j’ai eu le plaisir d’effectuer en alternance entre le Laboratoire d’Électrotechnique et
d’Électronique de Puissance de Lille (L2EP) et EDF Recherche et Développement (EDF R&D), site
de Clamart, département Économie, Fonctionnement et Études des Systèmes Énergétiques (EFESE).
Ce projet a pu être mené à bien grâce à l’appui d’EDF R&D et de l’Agence de l’Environnement et De
la Maîtrise de l’Énergie (ADEME), qui ont cofinancé l’allocation qui m’a été octroyée dans le cadre
du programme « Formation par la Recherche » de l’Agence. Je remercie Monsieur le Professeur
Francis PIRIOU, Directeur du L2EP, Monsieur le Professeur Étienne CRAYE, Directeur de l’École
Centrale de Lille ainsi que Mesdames Michèle JACQUEMELLE, Chantal DEGAND et Pascale
MICHALAK, Responsables du département EFESE d’EDF R&D, pour la qualité de l’environnement
matériel mis à ma disposition et le contexte favorable, riche de nombreux experts, dans lequel ces
recherches se sont déroulées.
J’adresse toute ma gratitude à Monsieur Gilles MALARANGE, Chef du Projet « Raccordement et
Services Système pour la Distribution » (RSSD) à EDF R&D, pour son soutien et les précieux conseils
qu’il m’a prodigués. Gilles s’est beaucoup investi dans le pilotage de ce travail de thèse et a toujours
été présent pour m’orienter chaque fois que cela s’est avéré nécessaire. À plusieurs reprises, son
expérience et ses remarques avisées m’ont permis de faire des choix raisonnables ; sa présence et sa
réactivité dans la dernière ligne droite de la rédaction ont été décisives.
Je présente mes chaleureux remerciements à Monsieur Bruno FRANÇOIS, Maître de Conférences
HDR à l’École Centrale de Lille, qui a dirigé les présents travaux. J’ai particulièrement apprécié sa
grande disponibilité ainsi que ses relectures toujours attentives et souvent réalisées avec une rapidité
étonnante. La grande autonomie qu’il m’a accordée dans l’orientation de mes recherches a été
appréciable, de même que sa façon de réfléchir à haute voix et de partager ses intuitions lorsque je me
trouvais confronté à une impasse, pour tenter d’avancer.
De plus, ce projet doctoral a largement bénéficié de la participation de Monsieur Stéphane
BISCAGLIA, Expert « Réseaux Intelligents et Stockage » à l’ADEME, de Monsieur Joseph MAIRE,
qui est intervenu en tant qu’animateur du Défi « Préparer la Distribution de 2015 » à EDF R&D
avant de rallier EDF Systèmes Énergétiques Insulaires (EDF SEI), de Monsieur Mehana CHAMI, qui
a rejoint ERDF après avoir occupé le poste de Chef du Groupe « Fonctionnement des Systèmes
Électriques et Raccordement » (R12) à EDF R&D et de Monsieur Julien PESTOURIE qui l’a
remplacé à cette fonction. Le temps qu’ils ont consacré à l’encadrement de mes travaux, leur écoute et
les commentaires qu’ils ont formulés au fil des comités de pilotage et des rapports intermédiaires ont
eu une importance majeure à chaque étape des études ; je leur en suis reconnaissant.
Je suis très honoré que Monsieur le Professeur Daniel KIRSCHEN, de l’Université de Manchester, et
Monsieur le Professeur Abdellatif MIRAOUI, de l’Université de Technologie de Belfort-Montbéliard,
aient accepté la charge d’expertiser le présent mémoire, et ceci en dépit de délais très contraignants.
Je les remercie vivement pour leur lecture rigoureuse et leurs observations, qui m’ont permis de
prendre conscience des points faibles de ce document et de continuer à le faire progresser ; en
complément, ils proposent des perspectives que je ne manquerai pas de considérer à l’avenir.
C’est aussi avec grand plaisir que je présente mes vifs remerciements à Monsieur le Professeur
Georges BARAKAT, de l’Université du Havre, pour l’intérêt qu’il a porté à cette recherche en
acceptant de prendre part à mon jury d’examen et qui, en tant que Président de celui-ci, m’a fait
l’honneur de félicitations très encourageantes.
Je souhaite ensuite remercier sincèrement Monsieur le Professeur Xavier GUILLAUD, de l’École
Centrale de Lille, qui m’épaule depuis ma troisième année d’études à l’École Centrale de Lille et
envers qui j’ai beaucoup de respect. Ses multiples expertises, notamment en électrotechnique, en


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automatique et en modélisation des systèmes électriques, m’ont permis d’apprendre beaucoup de nos
discussions. Son sens du détail a suscité des questionnements qui m’ont permis de préciser et de mieux
formaliser un certain nombre d’aspects de mes travaux.
La réflexion a également progressé grâce à des échanges avec de nombreux interlocuteurs, tous très
compétents dans leur(s) domaine(s) et que je remercie pour leur contribution(s), dont :
Messieurs Frédéric COLAS et Ye WANG (L2EP), sans qui l’expérimentation sur la plateforme
« Énergies Réparties » n’aurait pu aboutir ;
Messieurs Alain COMTE, Lionel JAMY, Stéphane LASCAUD, Andrei NEKRASSOV et Bruno
PRESTAT (EDF R&D), pour leurs commentaires portant, entre autres, sur mon travail de
caractérisation des technologies de stockage, de même que Monsieur Marc TROTIGNON
(EDF R&D également) en ce qui concerne l’analyse des acteurs du système électrique ;
Messieurs Jean-Luc FRAISSE et Frédéric GORGETTE (ERDF), Monsieur Benoit LAHOCHE
(SICAE Oise), Messieurs Christophe JOUGLET et Jean-Thibaut MONTAVONT (SICAE
Somme), Messieurs Alexandre MARTIN et Denis MATHIEU (URM Metz), Monsieur Vincent
COURTECUISSE (Seolis), pour leur apport à l’analyse des services du stockage et à
l’évaluation de leur criticité du point de vue des gestionnaires de réseaux.
Messieurs Yves BARLIER, Yves BASTIN, Pascal RIOUAL et Frédéric VERDOL (EDF SEI),
dont les avis ont complété ceux des autres gestionnaires et qui, au-delà, m’ont appuyé dans la
construction et la validation de l’étude de cas portant sur l’archipel de la Guadeloupe.
Il m’est malheureusement impossible de dresser une liste exhaustive et j’espère avoir suffisamment
remercié de vive-voix toutes les personnes qui n’apparaissent pas dans ces quelques lignes.
En outre, j’ai eu la chance de conduire ces recherches dans deux ambiances de travail très
conviviales au L2EP et à EDF R&D