conception optimale d’une centrale .conception optimale d’une centrale Électrique virtuelle

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  • CONCEPTION OPTIMALE DUNE CENTRALE LECTRIQUE VIRTUELLE

    INTGRANT DES NERGIES RENOUVELABLES

    Prsent parVan Giang TRAN

    Directeurs de thseMonique POLIT & Stphane GRIEU

    RapporteursGilles ROUX & Quoc Tuan TRAN

    ExaminateursM.E.H. BENBOUZID & Thierry TALBERT

    Perpignan, le 30 Septembre 2010

    1

  • Objectif de la thse

    Perpignan le 30 Septembre 2010

    Pourquoi dvelopper une centrale lectrique virtuelle ?

    Production dcentralise

    Favoriser les nergies renouvelables

    Intgrer les volutions technologiques

    Epuisement des ressources fossiles et

    duranium

    Centrale Electrique Virtuelle

    SOLUTION ?

    Croissance de la demande dlectricit

    Changement climatique

    Economie dnergie

    2

  • PLAN DE LA PRESENTATION

    Contexte

    Les centrales lectriques virtuelles dans le monde

    Modle de la CEVPM

    Prvision de la charge lectrique et de paramtres

    mtorologiques influents

    Dveloppement dun outil pour la gestion des

    systmes de production dlectricit

    Dimensionnement optimal dun systme multi-source

    de production dlectricit

    Conclusion et perspectives

    Production scientifique

    Perpignan, le 30 Septembre 2010 3

  • 1. Contexte

    Dans le monde : consommation lectrique [TWh] et rserves nergtiques primairesfossiles (base 2004) [Gtep]

    4Perpignan le 30 Septembre 2010

    Contexte nergtique li la production et la consommation dlectricit

  • 1. Contexte

    Evolution de la consommation finale dlectricit par secteur (1970-2007) [TWh]

    En France : production et consommation dlectricit [TWh]

    Source : developpement-durable.gouv.fr

    Evolution de la production nette dlectricit par filire (1970-2007) [TWh]

    5Perpignan le 30 Septembre 2010

    Contexte nergtique li la production et la consommation dlectricit

    Transport

    Agriculture

    Rsidentiel tertiaire

    IndustrieSidrurgie

  • 1. Contexte

    Production dlectricit centralise et dcentralise

    Centrale hydrolectrique Centrale nuclaire

    Banque de batteries

    Centrale photovoltaque Parcs oliens

    Pile combustible Gnrateur diesel

    Consommation

    6Perpignan le 30 Septembre 2010

    Petite centrale hydrolectrique

    Petite olienne

    Maison photovoltaque

    Rseau lectrique

    Production centralise

    Petite centre photovoltaque

    Production dcentralise

  • PLAN DE LA PRESENTATION

    Contexte

    Les centrales lectriques virtuelles dans le monde

    Modle de la CEVPM

    Prvision de la charge lectrique et de paramtres

    mtorologiques influents

    Dveloppement dun outil pour la gestion des

    systmes de production dlectricit

    Dimensionnement optimal dun systme multi-source

    de production dlectricit

    Conclusion et perspectives

    Production scientifique

    Perpignan, le 30 Septembre 2010 7

  • 2. Les Centrales lectriques Virtuelles dans le monde (CEV)

    Encorp (USA)- CEV par rseau de communication

    - Unit de commande distance

    Rgion du Harz (Allemagne)- Gestion lectrique par tlphone, radio et internet

    - Implantation dici une vingtaine danne

    Universit de Kassel (Allemagne)- CEV sur Internet

    - Gestion par centre oprationnel

    Enercon GmbH, Biogas AG et Solarworld AG (Allemagne)- Centrale lectrique combine

    - Objectif : 100 % nergie renouvelable

    Universit de Groningen (Pays-Bas)- Gestion des ressources nergtiques

    - Diminuer les missions de CO2- Gestion informatique

    Power Auction- Vente aux enchres dlectricit (depuis 2000)

    - Utilis par EDF (France), Electrabel (Belgique), Endesa-Iberdrola (Espagne), Nuon (Pays-Bas), RWE et E.ON (Allemagne), Elsam (Danemark), REN et EDP (Portugal)

    8Perpignan le 30 Septembre 2010

  • PLAN DE LA PRESENTATION

    Contexte

    Les centrales lectriques virtuelles dans le monde

    Modle de la CEVPM

    Prvision de la charge lectrique et de paramtres

    mtorologiques influents

    Dveloppement dun outil pour la gestion des

    systmes de production dlectricit

    Dimensionnement optimal dun systme multi-source

    de production dlectricit

    Conclusion et perspectives

    Production scientifique

    Perpignan, le 30 Septembre 2010 9

  • 3. Modle de la CEVPM

    Politique nergtique de la communaut dagglomration Perpignan Mditerrane

    La communaut dagglomration Perpignan Mditerrane

    Source: grenelle2015.fr, perpignanmediterranee.com

    Panorama :

    - 24 communes de la plaine du Roussillon- Plus de 200 000 habitants- Consommation dlectricit : 436 000 MWh/an

    Grenelle 2015 :

    - 40 oliennes (310 000 MWh/an)- Centrales solaires : 100ha (42 000 MWh/an)- Panneaux solaires : 48 000 MWh/an- Centrales chaleur : 39 000 MWh/an

    10Perpignan le 30 Septembre 2010

  • 3. Modle de la CEVPM

    Les centrales lectriques virtuelles techniqueset commerciales

    Entres des SPE

    (fournies par une CEVC)

    Programme dexploitation

    Offres & enchres

    Paramtres du systme de

    production

    Autres entres

    Etat du rseau local en temps rel

    Conditions de transmission Contraintes du rseau

    Centrale Electrique Virtuelle Technique

    (CEVT)

    Gestion du rseau local partir des

    entres des SPE

    Agrgation des entres des SPE pour caractriser les limites du rseau

    SORTIE

    Caractrisation de

    lensemble des SPE et

    de la capacit du

    rseau

    Entres lies la demande

    Paramtres dexploitation Cots marginaux

    Donnes mtorologiques Donnes de la prdiction de charge du rseau lectrique

    Autres entres

    Prdictions de tarifs

    Donnes locales/modle du rseau

    Centrale Electrique Virtuelle

    Commerciale (CEVC)

    Agrgation des capacits des SPE

    Optimisation des revenus de contrats

    dachat-vente dlectricit.

    SORTIE

    Contrats dachat-

    vente

    Programme

    dexploitation,

    paramtres et cots

    pour les CEVT

    Centrale lectrique virtuelle technique

    Centrale lectrique virtuelle commerciale

    SPE : Systmes de Production dElectricit (souce : Fenix-Project.org)

    11Perpignan le 30 Septembre 2010

  • 3. Modle de la CEVPM

    La CEVPM pour la gestion des systmes de production dlectricit

    Structure de loutil propos

    Donnes

    historiques de

    mtorologie

    Prdiction court

    terme de paramtres

    mtorologiques

    Estimation de la production dlectricit

    dorigine renouvelable

    Production totale dlectricit

    Sites de production

    dnergie

    renouvelable

    Implantation de futurs

    sites de production

    dnergie renouvelable

    Energies

    fossilesSystmes

    dappoint

    Politique

    nergtique

    Stratgies nergtiques et

    critres de gestionScnarios prvisionnels

    Information du march

    dlectricit franais

    Donnes historiques de charge

    lectrique

    Prdiction court

    terme de la charge du

    rseau lectrique

    Gestion des systmes de

    production dlectricit de la

    communaut dagglomration

    Perpignan Mditerrane

    Rseau lectrique

    franais

    12Perpignan le 30 Septembre 2010

  • 3. Modle de la CEVPM

    Module de dimensionnement des systmes multi-sources de production dnergie

    Structure du module de dimensionnement dun systme de production dnergie

    Optimisation dun systme

    multi-source

    Critres techniques et

    conomiques

    Cot : investissement,

    maintenance et

    exploitation

    Sources dalimentation

    Systmes dappoint

    (stockage)

    Energie nuclaire

    Architecture

    Prix du kWh dlectricit produite

    Retour sur investissement

    Rentabilit

    Analyse environnementale

    Rseau lectrique

    franais

    Caractristiques des

    systmes de production

    Donnes mtorologiques

    historiques

    Donnes historiques de

    charge lectrique

    13Perpignan le 30 Septembre 2010

  • PLAN DE LA PRESENTATION

    Contexte

    Les centrales lectriques virtuelles dans le monde

    Modle de la CEVPM

    Prvision de la charge lectrique et de paramtres

    mtorologiques influents

    Dveloppement dun outil pour la gestion des

    systmes de production dlectricit

    Dimensionnement optimal dun systme multi-source

    de production dlectricit

    Conclusion et perspectives

    Production scientifique

    Perpignan, le 30 Septembre 2010 14

  • 4. Prvision de la charge lectrique et de paramtres mtorologiques influents

    Approche propose

    Rseaux de neurones utiliss :

    Perceptron multicouche (PMC)

    Rseau rcurrent dElman (ERN)

    Rseau de Kohonen (KSOM)

    Rseau multicouche apprentissage

    par corrlation en cascade (CCN)

    Dcomposition en ondelettes (DO)

    et rseaux de neurones:

    DO-PMC

    DO-ERN

    DO-KSOM

    DO-CCN

    Historiques de

    donnes (charge

    lectrique, irradiation

    solaire et vitesse

    moyenne de vent) Entrainement puis

    validation

    Banc de filtres

    (dcomposition en

    ondelettes

    discrte)

    Prdictions

    exploites par la

    CEVPM

    Type de rseau, choix dune

    topologie et de paramtres

    dentrainement

    Modle optimal

    Dtermination des ensembles

    dapprentissage et de validation

    Rsultats

    satisfaisants ?

    Algorithme de dveloppement des modules de prdiction

    15Perpignan le 30 Septembre 2010

  • Pourquoi utiliser les rseaux de neurones et une analys

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