Perfectionnement et expertise des systèmes énergétiques complexes incorporant des sources renouvelables : Application au système hybride éolien-PV avec batteries sur un site national.

Abstract

Résumé Cette thèse présente un travail d’expertise et d’amélioration d’un système hybride éolien-photovoltaïque autonome selon plusieurs aspects : modélisation, simulation, contrôle ainsi l’évaluation économique, technique et écologique. Ce système est dimensionné afin d’alimenter huit consommateurs électriques dans la ville de Mostaganem. Dans le but de réaliser un dimensionnement optimal et efficace, nous avons employé une méthode d’optimisation méta-heuristique appelée Multi-objective Grey Wolf Optimization (MOGWO). Alors, nous avons commencé le travail par une présentation du site choisi, les données nécessaires et les modèles mathématiques de chaque composant du système hybride. Ces modèles permettaient de développer un simulateur du système complet sur le logiciel MATLAB. Puis, une comparaison entre deux stockages pour le système hybride à savoir la batterie et la station de transfert d’énergie par pompage (STEP) a été établie. Les résultats montrent que pour une certaine marge de fiabilité les systèmes hybrides connectés à la STEP sont les plus rentables économiquement par rapport aux systèmes hybrides avec batteries. Ensuite, une comparaison entre le prix d’électricité du réseau national et les systèmes hybrides étudiés a montré que l’électricité du réseau national est moins chère à celui des systèmes hybrides, cependant ils restent un choix plus écologique en termes des émissions de CO2. Finalement, nous avons mis en œuvre une stratégie de contrôle et de gestion d’énergie originale dans le simulateur afin de raccorder d’une part le stockage mixte (STEP-batterie) au système hybride, et d’autre part d’examiner le bon fonctionnement du système complet. Les résultats de notre analyse indiquent que la commande proposée réduit énormément le coût d’électricité et favorise le déploiement des énergies renouvelables en surmontant les inconvénients de stockage comme le réservoir supérieur de la STEP qui nécessite une large surface terrestre.

Abstract Improvement and expertise of complex energy systems incorporating renewable sources: Application to the wind-PV hybrid system with batteries on a national site. This thesis presents a work of expertise and improvement of an autonomous windphotovoltaic hybrid system according to several aspects: modeling, simulation and energy management strategy, together with techno-economic and environmental evaluation. This system is designed to supply eight electric consumers in the city of Mostaganem. In order to achieve an optimal and efficient sizing, we applied a meta-heuristic optimization method called Multi-objective Grey Wolf Optimization (MOGWO). Therefore, this work is began with a presentation of the chosen site, the necessary data and the mathematical models of each component of the hybrid system. These models allow usto develop a complete system simulator on MATLAB software. Then, a comparison between two storages for the hybrid system, namely the battery and the pumped storage hydroelectricity (PSH) was established. The results show that for a certain level of reliability, hybrid systems connected to PSH are the costeffective option compared to a hybrid system with battery. In addition, a comparison between the price of electricity from the national grid and the hybrid systems studied showed that electricity from the national grid is cheaper than that from hybrid systems; however, they remain an environmentally friendly choice in terms of CO2 emissions. Finally, we implemented an original control and energy management strategy in the simulator on the one hand to connect mixed storage (PSH-battery) to the hybrid system, and on the other hand to examine the correct operation of the complete system. The results of our analysis indicate that the proposed method reduces significantly the cost of electricity and increases the deployment of renewable energies by overcoming the disadvantages of storage systems like the upper reservoir of the PSH, which requires a large land area.

ملخص وفقً لعدة جوانب: النمذجة والمحاكاة تقدم هذه األطروحة عمل خبرة وتحسين نظام هجين مستقل للطاقة الشمسية وطاقة الرياح ا واستراتيجية إدارة الطاقة، جنبًا إلى جنب مع التقييم التقني واالقتصادي والبيئي. تم تصميم هذا النظام لتزويد ثمانية مستهلكين كهربائيين في مدينة مستغانم. من أجل تحقيق التحجيم األمثل والفعال، استخدمنا طريقة التحسين التي تسمى Object-Multi (MOGWO (Optimization Grey .لذلك، بدأنا العمل بعرض تقديمي للموقع المختار والبيانات الالزمة والنماذج لكل مكون من مكونات النظام الهجين. سمحت لنا هذه النماذج بتطوير محاكي نظام كامل على برنامج MATLAB .بعد ذلك، تم إنشاء مقارنة بين نظامين تخزين الطاقة للنظام الهجين، وهما البطارية والمحطة الكهرومائية لتخزين الطاقة الكهربائية بالضخ. تظهر النتائج أنه بالنسبة لمستوى معين من الموثوقية، فإن األنظمة الهجينة المتصلة بـالمحطة الكهرومائية هي الخيار الفعال بالنظام الهجين مع البطارية. باإلضافة إلى ً من حيث التكلفة مقارنة ذلك، أظهرت مقارنة بين سعر الكهرباء من الشبكة الوطنية واألنظمة الهجينة التي تمت دراستها أن الكهرباء من الشبكة الوطنية أرخص من الكهرباء األنظمة الهجينة؛ ومع ذلك، فإنها أخي ًرا، قمنا بوضع استراتيجية تحكم وإدارة طاقة أصلية في ا للبيئة من حيث انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. تظل خيا ًرا صديقً نظام المحاكاة من أجل ربط نظامي التخزين )بطارية + المحطة الكهرومائية( بالنظام الهجين، ومن ناحية أخرى لفحص التشغيل الصحيح للنظام الكامل. تشير نتائج تحليلنا إلى أن الطريقة المقترحة تقلل من تكلفة الكهرباء وتزيد من نشر الطاقات المتجددة من خالل التغلب على عيوب أنظمة التخزين مثل الخزان العلوي للمحطة الكهرومائية، والذي يتطلب مساحة كبيرة من األرض