La possibilité d’accéder à une source d’énergie fiable et bon marché est une condition indispensable au bon fonctionnement de notre société moderne. La crise environnementale incite à l'intégration croissante des sources d'énergie renouvelables dans les réseaux électriques. Les micro-réseaux, se présentent comme une solution et font partie des évolutions des systèmes d'alimentation électrique, tant dans les zones rurales éloignées que dans les zones urbaines. Les micro-réseaux promettent de réduire les coûts d'approvisionnement en énergie, l’impact environnemental et améliorer la fiabilité et la résilience du réseau électrique. Ils doivent néanmoins être conçus et planifiés de façon optimale et robuste face aux multiples aléas.
Ce constat est particulièrement vrai dans les sites isolés qui doivent produire eux-mêmes l'électricité qu'ils consomment. Ainsi, afin d'assurer leurs propres production et fourniture d'électricité, ces zones restent encore fortement dépendantes des énergies fossiles qui leur assurent la stabilité de l’approvisionnement. L’ambition d’amplifier et de diversifier le développement des énergies renouvelables avec une perspective "100 % ENR" est un enjeu de taille. L’intermittence de la production renouvelable nécessite un mix dans les technologies de stockage avec des solutions de stockage court terme comme les batteries et moyen/long terme comme l’hydrogène pour atteindre l’objectif de 100 % renouvelable.
Le sujet de thèse traite de la question suivante : « quelle est la meilleure démarche pour la conception d’un micro-réseau isolé avec de l’hydrogène ? » La conception inclue l’optimisation du dimensionnement et de la gestion des différents moyens de production et de stockage afin de garantir la fiabilité du système.
Parmi tous les éléments à prendre en compte, une première difficulté réside dans la prise en compte la plus représentative de l’incertain tout en gardant un temps de calcul raisonnable. La second est quant à elle liée à l’intégration du stockage par hydrogène. Ceci nécessite de repenser la stratégie de gestion des différents flux énergétiques (production ENR, stockage batterie, flexibilité de la demande, stockage hydrogène, …) et le dimensionnement de ces éléments pour prendre en compte le stockage saisonnier ce qui est rarement le cas dans le micro-réseaux actuels. Un problème à considérer est celui de l’insuffisance des règles de gestion d’énergie. En effet, les règles de la gestion de l’énergie classiquement mises en œuvre dans la littérature sont assez simples. Elles fonctionnent en présence d’un unique stockage court terme type batterie lithium-ion, elles s’avèrent cependant insuffisantes si un stockage long terme (saisonnier) type hydrogène est introduit. En effet, le rendement sur cycle de la chaine hydrogène (power-to-gas puis gas-to-power) est nettement plus faible que celui d’une batterie lithium-ion mais la capacité de stockage est bien plus grande pour un coût par kWh donné. La règle d’arbitrage intuitive entre le stockage batterie et hydrogène est très souvent de solliciter prioritairement le stockage batterie avant l’hydrogène peut s’avérer insuffisante.
Répondre à cette question est un des objectifs du travail de thèse. Plusieurs approches de gestion d’énergie sont envisagées : une stratégie à base de règles avancées (pour prendre en compte l’hydrogène comme évoqué ci-dessus), mais aussi de programmation dynamique stochastique (à priori optimale mais très calculatoire). Le choix de la bonne méthode est multicritère (optimalité, temps de calcul, facilité de mise en œuvre lors du déploiement du micro-réseau…).
Environnement : Equipe AUT du laboratoire IETR (www. https://www.ietr.fr/)
Etablissement délivrant le doctorat : Centralesupelec
Profil du candidat : Étudiant en Master 2 ou en école d’ingénieur ou équivalent dans les domaines du génie électrique, mathématique appliquées.
Document à envoyer à pierre.haessig@centralesupelec.fr et nabil.sadou@centralesupelec.fr
- Un CV
- Une lettre de motivation
- Relevés de notes et de diplôme
Références
[1] panel Tanvir Hasan, Kianoush Emami, Rakibuzzaman Shah, N.M.S. Hassan, Jake Anderson, Dane Thomas, Alan Louis. A study on green hydrogen-based isolated microgrid. 2022 The 5th International Conference on Renewable Energy and Environment Engineering (REEE 2022), 24–26 August 2022, Brest, France.
[2] Long Phan Van, Kien Do Chi, Tuyen Nguyen Duc. Review of hydrogen technologies based microgrid: Energy management systems, challenges and future recommendations. International Journal of Hydrogen Energy Volume 48, Issue 38, 1 May 2023, Pages 14127-14148.
[3] El Sayegh, Elsy; Jacquet Benoît; Bruschi Julien; Nasr Sarah; Sadou Nabil; Haessig Pierre; Gueguen Hervé. Assessing The Impact Of Uncertainties Impact On The Techno-economic Performance Of Microgrids. CIRED 2023. International Conference & Exhibition on Electricity Distribution. 12 - 15 JUNE 2023. Rome, Italy
