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AbstractAbstract
[en] Renewable energies (RE) represent the future of electricity production in the current climate context. However, there are still many obstacles to their development. The production / consumption balance must be permanently maintained on an electrical network to maintain a 'stable' network in voltage and frequency. REs are, for the most part, intermittent and difficult to predict sources. Storing electrical energy is difficult and expensive, which limits their rate of integration into the global energy mix. This problem is exacerbated in an island environment such as Guadeloupe. In order to respond to this problem, smart grids and micro-networks are used so that producers are no longer just energy producers, but players in the stability of the network thanks to services: production commitment, load shedding, primary / secondary reserve... The work proposed in this manuscript is part of this axis: the objective is to study a wind power plant coupled with an energy storage system, as part of a production commitment on D-1 on an island network. The producer must commit, the day before for the next day (D-1), to the power profile that the plant will provide during the day based on its production forecasts. This type of contract provides an advantageous price if the producer respects his commitment, and the non-payment of the energy supplied in the event of default of commitment. That is to say when the power produced is not within a tolerance band around the commitment made the day before. In order to best meet its commitment, despite possible forecast errors, the producer has an energy storage system (SSE). The proposed study focuses on two main issues: - Management of the SSE during the day in order to maximize the producer's earnings; - The commitment made on D-1. The objective is to obtain robust results over large (annual) time horizons. For the management of the ESS, heuristic (rule-based) and optimal management methods based on linear programming with binary variables (Mixed Integer Linear Programming: MILP) were used. They made it possible to show that the MILP method gave conclusive results even when these were transposed on more complex nonlinear models. Analysis of the behaviour of the MILP has also made it possible to improve the heuristic management methods studied so far. For the engagement, a new modelling using the MILP was also used and compared to an evolutionary algorithm. The algorithms used optimized the parallel engagement of HSE management, for multiple scenarios. The analysis of the forecast error made it possible to develop a generator of random production, necessary to be able to carry out the optimization and the evaluation of the solutions obtained. The results obtained could be tested on hundreds of different scenarios, in order to test their robustness. MILP was the best performer, but the difference with common sense methods was relatively small. This study especially highlighted the low sensitivity of the commitment to results in the different specifications taken into account. The use of the management methods developed beforehand for this study still made it possible to show that the methods developed (MILP and improved heuristics) were robust to variations in engagement for hundreds of different scenarios for an entire year. (author)
[fr]
Les energies renouvelables (ER) representent le futur de la production d'energie, d'electricite en particulier, dans le contexte climatique actuel. Il existe cependant encore de nombreux freins a leur developpement. La balance production/consommation doit etre maintenue en permanence pour maintenir un reseau 'electrique stable' en tension et frequence. Les ER sont, pour la plupart, des sources intermittentes et difficilement previsibles. Stocker de l'energie electrique est difficile et couteux, ce qui limite leur taux d'integration dans le mix energetique mondial. Cette problematique est exacerbee dans un milieu insulaire tel que la Guadeloupe. Afin de repondre a cette problematique, des smart-grids et micro-reseaux sont utilises afin que les producteurs ne soient plus seulement des producteurs d'energie, mais des acteurs de la stabilite du reseau grace a des services: Engagement de production, delestage, reserve primaire/secondaire... Le travail propose dans ce manuscrit s'inscrit dans cet axe: l'objectif est d'etudier une centrale de production eolienne couplee a un systeme de stockage energetique, dans le cadre d'un engagement de production a J-1 sur un reseau insulaire. Le producteur doit s'engager, la veille pour le lendemain (J-1), sur le profil de puissance que fournira la centrale au cours de la journee en fonction de ses previsions de production. Ce type de contrat prevoit un tarif avantageux si le producteur respecte son engagement et le non-paiement de l'energie fournie en cas de defaut d'engagement, c'est-a-dire quand la puissance produite n'est pas comprise dans une bande de tolerance autour de l'engagement pris la veille. Afin de respecter au mieux son engagement, malgre les erreurs de previsions eventuelles, le producteur dispose de systeme de stockage d'energie (SSE) et doit mettre en oeuvre une gestion energetique dediee. L'etude proposee s'articule autour de deux problematiques principales: - La gestion du SSE au cours de la journee afin de maximiser les gains du producteur; - La prise d'engagement effectuee a J-1. L'objectif etant d'obtenir des resultats robustes sur des horizons temporels grand (annuels). Pour la gestion du SSE, des methodes de gestion heuristiques (a base de regles) et optimales basees sur la programmation lineaire avec variables binaires (Mixed Integer Linear Programming: MILP) ont ete utilisees. Elles ont permis de montrer que la methode MILP donnait des resultats concluant meme lorsque ceux-ci etait transposes sur des modeles non lineaires plus complexes. L'analyse du comportement de la MILP a aussi permis d'ameliorer les methodes de gestion heuristique jusqu'a present etudiees. Pour la prise d'engagement, une nouvelle modelisation utilisant la MILP a aussi ete employee et comparee a un algorithme evolutif. Les algorithmes utilises optimisaient l'engagement en parallele de la gestion des SSE, pour de multiples scenarios. L'analyse de l'erreur de prevision a permis de developper un generateur de production aleatoire, necessaire pour pouvoir realiser l'optimisation et l'evaluation des solutions obtenues. Les resultats obtenus ont pu etre testes sur des centaines de scenarios differents afin d'eprouver leur robustesse. La MILP s'est montree la plus performante, mais la difference obtenue avec des methodes basees sur le bon sens etaient relativement faible. Cette etude a surtout mis en avant la faible sensibilite de la prise d'engagement sur les resultats dans les differents cahiers des charges pris en compte. L'utilisation des methodes de gestion developpees au prealable pour cette etude a tout de meme permis de montrer que les methodes developpees (MILP et heuristique ameliorees) etaient robustes aux variations d'engagement pour des centaines de scenarios differents joues sur une annee entiere. La modelisation MILP s'est montree performante et prometteuse afin d'aider a la conception des systemes a ER integres sur le reseau electrique du futur. Cette integration est en bonne voie malgre les nombreuses problematiques qu'il reste a resoudre: dimensionnement, vieillissement, etc. (auteur)Original Title
Synthese robuste de dispositifs de stockage pour l'optimisation technico-economique de la gestion de micro-reseaux d'energie electrique
Primary Subject
Secondary Subject
Source
30 Sep 2020; 129 p; 76 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; These de Doctorat de l'Universite de Toulouse, specialite:
Record Type
Miscellaneous
Literature Type
Thesis/Dissertation
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