Smart grids et énergies renouvelables

Responsable du projet : Nadia MAÏZI

En partenariat avec SCHNEIDER-ELECTRIC, des travaux prolongent les réalisations obtenues pour ce qui concerne l’intégration de la spatialité pour évaluer les enjeux liés au déploiement du réseau électrique dans une vision prospective de long terme appuyée sur les modèles de la famille TIMES.

Les premiers travaux liés à cette intégration du réseau ont consisté à rendre compatible l'évaluation de la fiabilité des systèmes électriques avec la dynamique temporelle associée aux exercices de prospective long terme. La fiabilité de fourniture évalue la capacité d’un système électrique à se prémunir d'incidents d'exploitation et est caractérisée par le plan de tension et la fréquence, dont les temps caractéristiques varient entre quelques millisecondes et quelques heures. À l’inverse, les exercices de prospective long terme s'intéressent à l'évolution des systèmes énergétiques sur plusieurs décennies, et ne permettent pas d'en apprécier la fiabilité. Les systèmes électriques proposés sur l'horizon prospectif peuvent alors ne plus garantir la fiabilité, ce qui est d'autant plus crucial que l'intégration massive d'énergies renouvelables pourrait se faire au détriment de la fiabilité, du fait de la complexité induite par la gestion de l'intermittence.

Deux indicateurs de fiabilité permettant de quantifier de façon originale le niveau de fiabilité d'un système électrique en fonction du mix de production qui lui est associé ont été développés. L'intérêt de ces indicateurs a été démontré pour l'île de La Réunion qui s’est fixé pour objectif un mix de la production d'électricité en 2030 issu de 100 % d'énergies renouvelables, puis pour la France à l’horizon 2050.

Ces travaux ont été valorisés dans une quinzaine de conférences internationales, et ont fait l’objet, fin 2011, d’un dépôt d’un brevet, étendu fin 2012, et d’une analyse de la fiabilité élargie au système français pour la conférence annuelle des Nations-Unies sur le climat à Durban ainsi que dans le cadre de la commission Énergie 2050, citée précédemment.

Un second questionnement lié au réseau interroge le déploiement des solutions smarts grids largement vantées comme l’une des solutions pour la transition énergétique bas carbone. Dans le cadre de son travail de thèse, Stéphanie BOUCKAERT évalue l’impact réel des Smart grids à long terme. Le déploiement de ces solutions intelligentes devrait permettre d’améliorer un système électrique dont les conditions de fonctionnement évoluent de façon conséquente en raison :

• Des impératifs climatiques et environnementaux qui conduisent à l’ajout de sources intermittentes (solaire, éolien, …) aux sources « classiques » régulières et centralisées d’énergie ;

• De l’évolution de la consommation qui potentiellement diversifie et inverse ses flux (effacement, bâtiment à énergie positive, production décentralisée), ce qui renforce son caractère peu prévisible.

 

Ce déploiement est conditionné par la résolution de problèmes complexes de gestion des réseaux électrique, d’équilibre de la demande et finalement de stabilité de l’ensemble du système production/transport. Si tant est qu’elles soient levées, les conséquences du déploiement de ces solutions en terme de meilleure efficacité sur le réseau, de réduction de l’impact environnemental de la production et de la gestion de l’électricité, restent ouvertes et au cœur de ce travail de thèse.

 

Plus d'informations sur la thèse de Stéphanie BOUCKAERT

 

Enfin, pour traiter complètement la question de l’intégration à grande échelle de sources intermittentes renouvelables, il est également nécessaire de connaître le type de déploiement adopté pour les infrastructures de réseau : l’arbitrage consiste à discriminer une vision classique maillée du système électrique centralisé, de sa vision décentralisée. La thèse de Vincent KRAKOWSKI initiée fin 2012 a pour vocation d’intégrer des éléments liés à la spatialité dans les modèles TIMES afin de pouvoir compléter les approches précédentes. Ainsi ses travaux de thèse consistent à étudier les conditions techniques de réalisation  d’un mix de production électrique fortement renouvelable dans le cas de la France métropolitaine et les contraintes qu’un tel mix de production induirait sur l’ensemble du système électrique. Il s’agit notamment de concevoir des scénarios réalistes de pénétration de ces énergies, d’étudier comment leur intégration impacterait la fiabilité du système électrique et enfin ce que pourraient être les leviers pour améliorer cette fiabilité et la ramener à des niveaux « convenables ». Ces leviers pourraient être des technologies de gestion de la demande, d’efficacité énergétique, de stockage ou encore de la mutualisation à l’aide de renforcements des réseaux électriques. Les potentiels de ces différents leviers seront évalués afin de pouvoir comparer différentes stratégies d’intégration du renouvelable à grande échelle pour la production électrique.

 

Une thèse a été initiée en octobre 2014 sous la responsabilité d’Edi ASSOUMOU sur les « transitions et interactions des systèmes énergétiques dans les modèles multi échelles ». La manipulation des modèles multi-échelles permet de mieux appréhender les enjeux et contraintes posés par la transition de systèmes énergétiques locaux ainsi que pour des zones plus sensibles du réseau. Aussi bien spatialement que temporellement, le comportement des systèmes, les problématiques et les enjeux diffèrent selon les échelles. Le but de ces travaux de thèse menés par Jérôme GUTIERREZ est d'identifier ces divergences afin de caractériser dans les différentes échelles, les transitions et interactions des systèmes énergétiques.

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