Recrutement

recrutement

Commande prédictive des centrales solaires photovoltaïques équipées de batteries

Type de recrutement
Thèse
Durée
Urgent
oui
Rattachement
PROMES-CNRS
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Contexte

PROMES (« Procédés, Matériaux et Energie Solaire »), une unité propre de recherche du CNRS (UPR 8521) conventionnée avec l’Université de Perpignan Via Domitia (UPVD), structure ses activités autour de l’énergie solaire et de sa valorisation. Par ailleurs, la start-up SESA (pour « Solar Energy Systems Analytics »), créée en novembre 2021, a pour ambition de valoriser les activités de recherche du laboratoire (axe thématique CSPG, pour « Centrales Solaires de Prochaines Générations ») en matière de pilotage des systèmes ayant trait à l’énergie solaire (les centrales solaires photovoltaïques et thermodynamiques, en particulier). Le déploiement du solaire photovoltaïque en France est à l’origine de besoins en matière d’instrumentation et de suivi des installations. SESA cible deux marchés en forte croissance : les centrales solaires photovoltaïques équipées de batteries, dites hybrides, et les centrales solaires photovoltaïques équipées de suiveurs solaires. Dans ce contexte, le sujet de thèse proposé traite, d’une part, de la prévision à court terme de la production électrique des centrales solaires photovoltaïques – les prévisions de production seront obtenues à partir de prévisions de l’éclairement global horizontal ; la détection de rampes sera au cœur des algorithmes développés – et, d’autre part, de la commande prédictive des centrales solaires photovoltaïques équipées de batteries pour le stockage de l’énergie électrique. SESA valorisera les développements réalisés. Les missions confiées au doctorant sont décrites en détails ci-après (section « Missions »). Les travaux proposés seront financés en cas de succès du candidat au concours de l’ED 305 « Energie et environnement », organisé au mois de juin 2022.

Laboratoire d’accueil (www.promes.cnrs.fr)

Le laboratoire PROMES (Procédés, Matériaux et Énergie Solaire), une unité propre de recherche du CNRS (UPR 8521) conventionnée avec l’Université de Perpignan Via Domitia, rassemble environ 150 personnes autour d’un sujet fédérateur : l'énergie solaire et sa valorisation. Ses activités de recherche, pluridisciplinaires, sont structurées selon trois axes thématiques : Matériaux pour l’Energie et l’Espace (MEE), Centrales Solaires de Prochaines Générations (CSPG) et Stockage et Chimie Solaire (SCS). Sont en particulier abordés au sein de l’axe thématique CSPG, la prévision multi-horizon de la ressource solaire et le contrôle-commande avancé des centrales solaires (photovoltaïques/thermodynamiques) possiblement équipées de systèmes de stockage. 

Missions

Deux missions principales seront confiées au doctorant recruté :

  1. Le développement d’algorithmes, à coût calculatoire maîtrisé, pour la prévision à court terme (jusqu’à une dizaine de minutes) de l’éclairement global horizontal (ou GHI, pour Global Horizontal Irradiance). Le GHI est la somme de l’éclairement direct (des photons n’ont pas interagi avec l’atmosphère lors de leur trajet jusqu’à un observateur) et de l’éclairement diffus (des photons qui ont interagi avec l’atmosphère lors de leur trajet jusqu’à un observateur), mesuré sur une surface horizontale. Les algorithmes à développer tirerons profit de mesures ainsi que d’images du ciel à haute dynamique (ou HDR, pour High Dynamic Range) – une dynamique élevée est nécessaire afin de préserver l’information apportée par ces images, en particulier dans la région circumsolaire – générées par une caméra à grand angle de champ (ou sky imager). Ces images renseignent sur la présence de perturbations atmosphériques et sur l’influence de ces perturbations sur la ressource solaire disponible au sol et, par conséquent, sur la production solaire photovoltaïque. Des mesures du GHI, tout comme des images du ciel (PROMES-CNRS dispose de plusieurs caméras à grand angle de champ), sont disponibles en nombre au laboratoire (site de Perpignan-Tecnosud, site d’Odeillo, etc.) et seront mises à profit pour le développement des algorithmes de prévision. Une attention toute particulière sera portée à la détection de « rampes » (de brusques variations de la ressource solaire conduisant à de brusques variations de la production électrique des centrales solaires photovoltaïques). Les observations atmosphériques disponibles (des images du ciel), tout comme, éventuellement, des données météorologiques – des stations météo sont installées sur site, à Perpignan-Tecnosud et à Odeillo (sur le site du grand four solaire) –, seront mises à profit afin de maximiser l’efficacité des algorithmes développés à détecter des rampes ; la détection de rampes est primordiale dès lors qu’il s’agit de décider de la mise en route d’un générateur d’appoint en cas de chute de la production solaire photovoltaïque ou pour gérer le stockage et le déstockage de l’énergie électrique. Des modèles, dont il conviendra de fixer les paramètres (pour une centrale solaire photovoltaïque donnée), permettront, à partir de prévisions du GHI, de prédire, pour les horizons de temps considérés, la production électrique (jusqu’à une dizaine de minutes).
  2. Le développement d’algorithmes, à coût calculatoire maîtrisé, pour le contrôle/commande avancé des centrales solaires photovoltaïques équipées de batteries. La stratégie proposée sera fondée sur la théorie de la commande prédictive (ou MPC, pour Model-based Predictive Control) et tirera profit des prévisions à court terme de la production électrique. Le stockage et le déstockage de l’énergie électrique seront optimisés. En cas de chute anticipée de la production solaire photovoltaïque, la mise en route d’un générateur d’appoint sera décidée. Un modèle de simulation, paramétrable, tout comme un modèle dynamique (utilisé en tant que modèle de commande par le contrôleur MPC), seront développés. Des simulations permettront de valider la stratégie de contrôle proposée. Les performances de la stratégie seront évaluées, en prenant comme stratégie de référence une stratégie, non prédictive, fondée sur des règles.     

Compétences recherchées

Des compétences éprouvées en programmation scientifique (Python, Matlab), intelligence artificielle (apprentissage automatique/profond, vision par ordinateur, etc.), sciences des données, traitement du signal et de l’image et automatique avancée (théorie de la commande prédictive) sont recherchées. Le doctorant devra par ailleurs être à l’aise avec la langue anglaise, tant à l’écrit qu’à l’oral.  

Conditions

Le doctorant sera accueilli au laboratoire PROMES-CNRS, site de Perpignan-Tecnosud (rambla de la thermodynamique, 66100 Perpignan). Sa rémunération mensuelle est fixée par l'arrêté ministériel du 11 octobre 2021 modifiant l'arrêté du 29 août 2016, soit 2135 € brut. Le doctorant aura accès aux ressources informatiques du laboratoire (logiciels, serveur de calcul).

Contacts

Julien Eynard, julien.eynard@univ-perp.fr.

Stéphane Thil, stephane.thil@univ-perp.fr.

Stéphane Grieu, grieu@univ-perp.fr.