Logo du site
Laboratoire Sciences Pour l'Environnement | CNRS - Università di Corsica
Structuration de la recherche  | Energies Renouvelables

Activités

Dans cette catégorie : Equipe | Equipements | Production scientifique | Collaborations |

Notre objectif scientifique est de modéliser, d’optimiser des blocs technologiques d’une chaîne énergétique intégrant un ou des système(s) de stockage, des sources renouvelables d'énergie et des charges qu'elles soient thermiques ou électriques. Il s'agit de développer des algorithmes de gestion des flux énergétiques (en prédisant à divers horizons les intrants et extrants du système afin de mieux décider les actions à mener) et permettant ainsi une hybridation optimisée de systèmes ENR. Nous pouvons projeter une optimisation énergétique en mode "îloté" ou en mode "connecté réseau" tout en intégrant dans cette dernière configuration les désidératas de l'opérateur électrique pour une stabilité du réseau électrique et une réponse aux appels d'offres de la CRE. Il s'agit ainsi de répondre aux fonctions de lissage de production PV, d'écrêtage des pointes de consommation ou de production PV garantie.
Dans ce cadre, l’étude des ressources énergétiques devient absolument nécessaire et ce pour une gestion optimisée des différents flux énergétiques et du stockage de l’énergie : étude statistique, développement de corrélations et de modèles, interprétation physique des phénomènes, utilisation de méthodes d’intelligence artificielle, étude des liens pollution atmosphérique-rayonnement solaire, prédiction à différents horizons. Cette recherche scientifique permet d’implémenter des outils scientifiques de prédiction des ressources sur les chaînes hybridés.
Notre recherche scientifique est donc positionnée à la fois à l’échelle du système énergétique, par une approche algorithmique de gestion des flux énergétiques, ainsi qu'à l’échelle des blocs technologiques par une approche de modélisation, de simulation et d’optimisation. Cela nécessite la compréhension des phénomènes physiques (multi-physique), la modélisation de leurs interactions et une approche numérique pour la résolution des phénomènes. Les Plateforme Technologiques "MYRTE", intégrant le vecteur de stockage H2, et "Paglia-Orba", intégrant du stockage mécanique, hydraulique, électrochimique, chimique ... (et qui est un micro-grid), permettent la validation à l'échelle 1 de nos approches d'optimisation.

Nos travaux ont permis de démontrer l’utilité de la chaîne hydrogène pour gérer l’intermittence, à travers trois types d’applications : l’écrêtage des pointes de consommation, le lissage de la production PV et la production garantie d’électricité sous forme trapézoïdale. Aussi, un benchmark sur les différents outils de prédiction de la ressource nous a permis d’être éclairé sur les performances de ces outils. Afin d’augmenter l’efficacité énergétique de la plateforme, et plus généralement la viabilité économique de la solution hydrogène face aux autres moyens de stockage d’électricité, plusieurs axes de travail sont identifiés :

  • Le premier axe consiste à augmenter la connaissance scientifique de l’hybridation en consolidant la caractérisation statique et dynamique des sous-systèmes et la modélisation associée.
  • Le deuxième axe consiste à améliorer les algorithmes stratégiques de gestion opérationnelle sur la base de la connaissance fiable du comportement des sous-systèmes.
  • Le troisième axe consiste à étudier d’un point de vue technico-économique les scénarios d’usage permettant d’augmenter la valeur ajoutée de tels systèmes (PV-H2), en associant les services rendus au réseau électrique à d’autres services tels que la fourniture d’hydrogène pour la mobilité.
  • Le quatrième axe consiste à élargir l’hybridation à d’autres composants technologiques et à d’autres modes de fonctionnement dans le cadre de la PFT « PAGLIA ORBA » ou du projet H2020 « TILOS » (Technology Innovation for the Local Scale, Optimum Integration of Battery Energy Storage).

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

La mise en place et le développement de la Plateforme Technologique MYRTE - Mission hYdrogène Renouvelable pour inTégration au Réseau Electrique - à hauteur de près de 25M€ a permis de renforcer nos efforts de recherche sur les questions d’hybridation de différentes sources électriques, sources RENE et de stockages. En effet, MYRTE hybride un générateur photovoltaïque d’une puissance de 560 kWc (2240 modules TENESOL 250 Wc couplés à 28 onduleurs SMA de 17 kW triphasés) avec une chaîne hydrogène constituée d'un premier électrolyseur de 50 kW-Tranche 1 (10 Nm3/h H2 - 5 Nm3/h O2), d’un deuxième électrolyseur de 57 kW-Tranche 2 GreenBox® (13 Nm3/h H2 – 11,5 Nm3/h O2), d’un stockage de gaz H2 (2000 Nm3 @35 bars) et O2 (1000 Nm3 @35 bars), d'une pile à combustible de 100 kWe-Tranche 1 et d’une deuxième pile à combustible de 50 kWe-Tranche 2 GreenBox®. Ce couplage représente une « première mondiale » en termes d’hybridation de puissances installées.

Un code de calcul a été développé, ORIENTE®- Optimization of Renewable Intermittent Energies with hydrogeN for auTonomous Electrification qui a fait notamment l’objet d’un dépôt de brevet en France. Il simule la répartition des flux d’énergie au cours du temps entre les différents sous-systèmes et intègre les comportements caractéristiques de ces sous-systèmes. Le code dans sa version définitive a été validé par le Laboratoire LITEN du CEA et le laboratoire LAPLACE partenaires. Le code ORIENTE®, permet de simuler et d’optimiser des systèmes hybrides ENR/H2 de façon précise et offre beaucoup plus de liberté dans le choix de l’optimisation des paramètres ou de la stratégie des flux énergétiques qu’un autre logiciel de type TRNSYS®. ORIENTE® a nécessité le codage de l‘ensemble des modèles pour chaque sous-système. Son objectif est alors d‘estimer tous les couples (PPV : Puissance PV installée, QH2 volume de stockage hydrogène) répondant sans défaillance (Loss of Load Probability = 0%) à la contrainte de charge imposée. Le logiciel cherche le système optimum pour une puissance PV donnée, puis incrémente celle-ci. Les bornes de cette incrémentation sont définies par l‘utilisateur. Pour chacune des simulations, nous connaissons les puissances des composants à installer ainsi que les flux énergétiques et de gaz transitant par ces mêmes composants. Il permet donc d’analyser les performances du système, d’étudier la gestion des différents flux qui le constitue et enfin de simuler l’évolution des gaz stockés selon les hypothèses de fonctionnement fixées afin de valider la contrainte imposée : assurer une charge donnée (écrêtage sur le réseau ou lissage de la production photovoltaïque). Enfin, Le code ORIENTE® offre des possibilités de simulation/optimisation décuplées par rapport aux logiciels existants sur le marché (HOMER®, TRNSYS®, PVSYST®, RETSCREEN® etc...).

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

A noter aussi que nous travaillons aussi depuis la création du laboratoire sur l’intégration de sources renouvelables dans le bâtiment à travers une approche smart-building et après plusieurs années d’expérience dans ce domaine et plusieurs capteurs développés, notre Laboratoire fait référence au niveau international puisqu’il représente les Laboratoires Français en Europe intégré au Consortium Europeen COST Action TU1205
BIST « Building Intégration of Solar Thermal Systems » [http://www.cost.eu/COST_Actions/tud/Actions/TU1205].

II s'agit d’utiliser la recherche sur les PFT PO et MYRTE pour sa valorisation dans les « smart building »  afin de concevoir des bâtiments intelligents en étudiant la faisabilité de l’intégration des « briques énergétiques » comprenant moyen de production, de stockage et de pilotage intelligent approprié.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Participation à des réseaux scientifiques

• Membre du GdR HysPàC

• Membre du GdRI « SINERGIE » CNRS-NTU Singapour -

• Membre du « Management Committee » du COST-European Cooperation in Science and Technology - Action TU1205 « Building Integration Solar Thermal Systems » Organisation « Meeting Research » Ajaccio, 27-28 mars 2014

• Co-fondateur et membres du GIS « MYRTE » intégrant le CNRS, l’UDC, le CEA et AREVA SE

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Implication dans des projets nationaux ou internationaux

• EQUIPEX (Investissement d’Avenir) : DURASOL – « test de l’influence climatique et environnementale sur le vieillissement des composants de systèmes solaires », 2013-2020 (88 mois), Projet : 6090 k€, UMR : 378k€.

• H2020 Low Carbon Energy Local / small-scale storage

• TILOS H2020 : « Technology Innovation for the Local Scale, Optimum Integration of Battery Energy Storage » LCE-08-2014 – Février 2015-2019 (48 mois), projet : 14.008.536 €, UMR : 408 900 €

 

Page mise à jour le 08/03/2021 par Santoni Paul-Antoine