Optimal sizing coupled with management loop for a micro-grid with storage
Creators
- Rigo-Mariani, Remy
- Universite de Toulouse (France)
- Institut National Polytechnique de Toulouse - INP Toulouse, Ecole doctorale Genie Electrique, Electronique, Telecommunications - GEET, Ecole Nationale Superieure d'Electrotechnique, d'Electronique, d'Informatique, d'Hydraulique et des Telecommunications - ENSEEIHT, Laboratoire Plasma et conversion d'Energie - LAPLACE, Groupe ENergie Electrique et SYStemique - GENESYS (France)
Description
To face the increasing demand of electrical power in compliance with the liberalization of the electricity market and the need of reducing CO2 emissions, many distributed energy resources have emerged and especially the generation systems that utilize renewable energy sources. In the near-future, the grid could be described as an aggregation of several micro-grids both consumer and producer. For those 'prosumers', a classical strategy consists in selling all the highly subsidized production at important prices while all consumed energy is purchased. Smarter operations now become possible with developments of energy storage technologies and evolving prices policies. The micro-grid considered in the thesis is composed of an industrial load and a photovoltaic generator associated to an energy storage. Two technologies are considered with high speed flywheels on one hand and a Li-ion electrochemical battery on the other. The common study referring to such systems allude to the optimal scheduling, the real-time management and the sizing methodology. Firstly in the thesis, the optimal power flow dispatching is performed using various algorithms. Those operations aim at reducing the electrical bill taking account of consumption and production forecasts as well as the different fares and possible constraints imposed by the power supplier. Then the design strategy is investigated. The approach consists in simultaneously integrating the energy management and the sizing of the system. We particularly underline the complexity of the resulting optimization problem and how it can be solved using suitable optimization methods in compliance with relevant models of the micro-grid. We specifically show the reduction of the computational time allowing the micro-grid simulation over long time durations in the optimization process in order to take seasonal variations into account. In the last part a cost analysis is performed, and different design are computed depending on the prices policies. The goal is to determine a financial context that would encourage the deployment of storage systems that are necessary to favor the development of intermittent renewable energy sources. (author)
Abstract (French)
L'augmentation de la consommation pour soutenir la croissance, le souci de reduction des gaz a effet de serre et les avancees technologiques ont favorise le developpement des sources d'energie renouvelables depuis les annees 90. L'implantation de ces generateurs decentralises a progressivement modifie l'architecture du reseau en passant d'un modele vertical a une situation davantage clusterisee. Ce reseau maille voit ainsi apparaitre de nouveaux acteurs, a la fois producteurs et consommateurs (en anglais, les 'prosumers'). Pour ce type de structures, la strategie classique actuelle consiste a acheter l'ensemble de l'energie consommee alors que la totalite de la production est vendue separement a des tarifs interessants. Avec les progres realises sur les differentes technologies de stockage, de nouveaux degres de liberte apparaissent et des operations plus intelligentes deviennent possibles. L'objet de l'etude est un microreseau comprenant un generateur photovoltaique et un consommateur tertiaire associes a un moyen de stockage. Deux technologies sont envisagees avec des volants d'inertie dans un premier temps et une batterie electrochimique (Li-ion) par la suite. Les domaines d'etude relatifs a ce type de systeme sont la gestion energetique par planification, la commande temps reel et le dimensionnement. Les travaux de cette these se concentrent d'abord sur la problematique de gestion par optimisation des flux d'energie. Differents algorithmes sont ainsi utilises et compares pour planifier le fonctionnement du microreseau. L'objectif est de diminuer la facture energetique en tenant compte des donnees de consommation et production mais egalement des politiques tarifaires en vigueur et d'eventuelles contraintes de fonctionnement imposees par le fournisseur d'energie. Dans un second temps la problematique de dimensionnement est abordee avec une demarche de conception optimale integrant la boucle de gestion des la phase de design. Nous montrons plus particulierement comment l'adequation entre les methodes d'optimisation utilisees et le modele du microreseau employe peut permettre la reduction significative des temps de calcul. Une configuration optimale du microreseau, valable sur des horizons temporels longs integrant les alternances saisonnieres, peut finalement se degager. Les travaux se concluent sur une phase d'analyse avec des dimensionnements etablis pour differents contextes tarifaires. Le but est de degager des domaines permettant de valoriser et justifier l'installation d'un moyen de stockage qui s'avere indispensable pour soutenir le developpement des sources d'energies renouvelables et assurer la transition energetique. (auteur)
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Additional details
Additional titles
- Original title (French)
- Methodes de conception integree 'dimensionnement-gestion' par optimisation d'un microreseau avec stockage
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 282 p.
- Report number
- FRNC-TH--10094
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 49053134
- Subject category
- S14: SOLAR ENERGY; S24: POWER TRANSMISSION AND DISTRIBUTION;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- AGING; COMPUTERIZED SIMULATION; COST ESTIMATION; DYNAMIC PROGRAMMING; FLYWHEEL ENERGY STORAGE; GENETIC ALGORITHMS; INTERPOLATION; KRIGING; LINEAR PROGRAMMING; LITHIUM ION BATTERIES; LOAD MANAGEMENT; OPTIMIZATION; PHOTOVOLTAIC CELLS; PHOTOVOLTAIC POWER PLANTS; POWER DISTRIBUTION SYSTEMS; REAL TIME SYSTEMS; RETAIL PRICES; SEASONAL VARIATIONS; SMART GRIDS
- Descriptors DEC
- ALGORITHMS; CALCULATION METHODS; DIRECT ENERGY CONVERTERS; ELECTRIC BATTERIES; ELECTROCHEMICAL CELLS; ENERGY STORAGE; ENERGY STORAGE SYSTEMS; ENERGY SYSTEMS; MANAGEMENT; MATHEMATICAL LOGIC; MATHEMATICAL SOLUTIONS; MATHEMATICS; NUMERICAL SOLUTION; PHOTOELECTRIC CELLS; POWER PLANTS; POWER SYSTEMS; PRICES; SIMULATION; SOLAR POWER PLANTS; STATISTICS; STORAGE; VARIATIONS
Optional Information
- Notes
- 158 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses