UTR 3 : Gestion des systèmes d’énergie électrique à forte intégration d’énergies renouvelables

La volonté d’une forte intégration des énergies renouvelables, en vue de réduire les émissions de gaz à effet de serre, se traduit par le besoin de développer des nouvelles solutions de production d’énergie électrique que sont les micro-réseaux. Les développements associés à ces micro-réseaux sont en relation directe avec la plupart des actions nationales et internationales et visent les domaines de la production d’énergie stationnaire et les applications embarquées. Par nature, les micro-réseaux représentent un mode de production décentralisée de l’énergie, ce qui entraîne un changement de paradigme dans le développement et la gestion du réseau électrique de demain, qui passera d’un réseau radial, des producteurs vers des consommateurs éloignés, à un réseau maillé, composé d’une multitude de micro-réseaux interconnectés.

Il s’avère que cette thématique est extrêmement large et complexe. Elle intègre des considérations allant des problèmes de stabilité et de fiabilité des micro-réseaux, en partie liées à la forte intermittence des ressources renouvelables, jusqu’à la gestion énergétique et les possibles modes de gouvernance de ces réseaux décentralisés, qui restent à inventer.

Nous proposons donc d’aborder cette thématique au travers de deux problématiques distinctes, à savoir celle de la maîtrise de l'énergie et la résilience des micro-réseaux, qui considérera les problèmes de pilotage et de contrôle des micro-réseaux, pour en assurer notamment la fiabilité, et celle de la gestion des systèmes électriques complexes hétérogènes, qui cherchera principalement à proposer des approches méthodologiques aux problèmes de dimensionnement et de gestion optimale.
 

• Verrou 1 : Maîtrise de l'énergie et résilience des micro-réseaux [UTR 2 et 3]
  • Le but est de contrôler les micro-réseaux pour une meilleure intégration des EnR, tout en assurant une énergie électrique de qualité. Le fonctionnement du micro-réseau doit être assuré, même en mode dégradé, et la nature décentralisée de la production nécessite de mettre en place des algorithmes avancés de pilotage hiérarchisé. De même, la multiplication des sources et des charges peut être source d'instabilité d'où la nécessité d'étudier les possibles origines d'instabilité du micro-réseau et ainsi les corriger. Pour aborder ces problématiques, 4 actions principales seront menées et assurées par les membres des équipes 2 et 3. Elles s’appuieront sur des approches à la fois théoriques (modélisation, simulation) et expérimentales (bancs d’essais, HIL, ...).

 

• Verrou 2 : Gestion des systèmes électriques complexes hétérogènes
  • Aujourd’hui, le pas de l’analyse technico-économique des problèmes du génie électrique a été largement franchi et est communément reconnu comme un moyen efficace et pertinent pour l’analyse et l’optimisation des systèmes, tant dans leur phase de dimensionnement que de pilotage et de gestion d’énergie. La tendance est alors de chercher à intégrer de nouvelles dimensions à ces problèmes. Dans le contexte des réseaux et micro-réseaux, lorsque l’on souhaite aborder le problème de la gestion énergétique à l’échelle d’un quartier, d’une ville, voire d’une métropole, il est nécessaire de recourir à des approches multi-énergie, qui intègrent de manière couplée et interdépendante les vecteurs thermique, électrique et l’hydrogène. La difficulté tient alors de la nécessité de tenir compte de ces couplages inter-domaines, qui peuvent faire appel à des dynamiques temporelles très différentes. Ce problème se retrouve également sur les couplages existants entre pilotage, dimensionnement et gestion d’énergie, qu’il n’est pas inopportun de traiter de manière disjointe dès que l’on cherche des solutions optimisées. S’ajoute à ces difficultés celles de l’intégration de modèles de gouvernance, qui sont aujourd’hui en plein balbutiement, mais qui s’avèrent néanmoins être de première importance vis à vis du dimensionnement technico-économique de solutions, mais aussi dans la définition de scénarios de gestion optimisés. Dans le contexte des EMR (Énergies Marines Renouvelables), qui est à la fois une spécificité et une opportunité de l’écosystème Ligérien, il s’avère que l’actuel déploiement de parcs EMR offshore est en partie freiné par certains verrous qui concernent la difficulté à proposer des architectures de positionnement et de raccordement optimisés, capables d’intégrer la dimension de fiabilité et de robustesse. Ainsi, pour aborder ces problématiques de gestion des systèmes électriques, un certain nombre d’actions sont envisagées.