Titre :
Développement d’une plateforme de services pour la gestion optimale de systèmes de stockage en vue de favoriser le développement des énergies renouvelables
Description :
Le domaine de l’énergie électrique connait des évolutions importantes depuis quelques années tant au niveau des réseaux électriques que des acteurs qui y sont raccordés. Avec les impératifs de la transition énergétique, l’objectif historique d’alimenter le plus de foyers possibles à moindre coût avec des critères de continuité de fourniture se complexifie. Un consommateur devient maintenant producteur voire peut moduler sa puissance par des mécanismes d’autoconsommation et d’effacement.
Le développement des véhicules électriques et des productions renouvelables sur le réseau, avec des caractéristiques spécifiques notamment en termes de variabilité, rend sa planification et son exploitation plus incertaines et plus complexes.
En parallèle, les technologies de stockage ne cessent de progresser tant en termes techniques (meilleur rendement, vieillissement mieux maîtrisé) qu’économique (selon l’IRENA, réduction des coûts du stockage par batterie de 50 à 66% d’ici à 2030) et peuvent permettre une meilleure pénétration des énergies renouvelables et rendre différents services au réseau comme par exemple, le lissage de la production ou encore le report d’investissements.
Cependant, dimensionner le stockage pour la fourniture d’un seul type de service reste insuffisant dans la plupart des calculs économiques. Il a été montré par exemple que le stockage pourrait être rentable dans certains cas pour éviter et décaler des investissements réseau mais pas pour la réduction des pertes uniquement
1. Ainsi, une combinaison intelligente de plusieurs services pourrait présenter un intérêt économique pour tous les acteurs impliqués.
Cependant, pour envisager un tel fonctionnement, il faudra lever plusieurs verrous scientifiques incluant la question de la définition des services rendus par le stockage, de son dimensionnement et de sa position dans le réseau ainsi que du contrôle (et du type) de batteries permettant de maximiser le gain global de la communauté, sachant que les services demandés peuvent être contradictoires.
Le stockage est en général possédé et exploité par la même personne morale afin de faciliter la gestion d’un service qui doit être clairement défini pour être acceptable par les utilisateurs finaux et surtout présenter une certaine forme de bénéfice.
L’usage du stockage considéré dans l’intégration des énergies renouvelables pour limiter l’intermittence de leur production, leur permet ainsi de s’adresser plus facilement aux marchés d’énergie. Les thématiques scientifiques dans ce cas se concentrent sur le choix de la technologie de stockage puis son optimisation, pouvant aller jusqu’à coupler son dimensionnement à son contrôle dynamique dans la même boucle algorithmique
2. Ces travaux ciblent naturellement une fonction unique, en lien avec les caractéristiques de l’installation renouvelable choisie. Du côté de la consommation, le stockage propose un support techniquement pertinent à toutes les actions de type « demand-reponse », comme le décalage de consommation, ou la limitation en puissance maximale. Les verrous scientifiques associés sont similaires à l’association du stockage avec une production décentralisée, délimitant désormais les travaux sur les communautés locales d’énergie
3. Enfin, il existe également des utilisations du stockage purement dédiés au réseau
4, cherchant à proposer des services systèmes comme du support fréquentiel rapide.
Il existe ainsi un grand nombre d’utilités pour le stockage, qu’il soit stationnaire ou non (véhicules électriques, avec un ajout de complexité lié à sa disponibilité). Organiser un « panel » de dispositifs de stockage en multi-service d’un système complexe sur différents horizons de temps et d’espace, représente des défis indéniables, du point de vue du processus d'interconnexion et d'exploitation d'un grand système mais également du point de vue de la coordination et du contrôle pour l’agrégation de systèmes plus petits et décentralisés, notamment entre les consommateurs et le réseau.
Au-delà des aspects techniques, il existe une réelle difficulté à parvenir à un accord acceptable pour toutes les parties prenantes. En particulier, il y a une nécessité de mettre en place des mécanismes qui créent la confiance entre les participants et conduisent à des arrangements collectifs stables
5.
L’état de l’art indique que la notion de mutualisation d’installations de stockage, proposant une série de services via une plateforme d’optimisation n’est pas encore développée au même titre que peuvent l’être les centrales virtuelles ou les communautés locales d’énergie dans le paysage de la recherche internationale.
Grâce au soutien financier de la région Auvergne-Rhône-Alpes, l’objectif du projet OSS Platform est de modéliser les éléments constituant d’une plateforme qui représente une agrégation de batteries distribuées dans le réseau électrique (distribution et transport) et de trouver les meilleures stratégies de pilotage des moyens de stockage en fonction des besoins du réseau et des différents acteurs du marché de l’énergie à un instant donné. Il s’agit donc de partiellement découpler le fonctionnement physique d’une batterie des services rendus aux usagers du réseau électrique. Cette démarche doit nous permettre de multiplier les sollicitations sur une même batterie grâce à cette mutualisation de moyens, en gérant leur concurrence, voire leur antagonisme. Le retour sur investissement des batteries devrait être amélioré par cette utilisation. Il s’agit d’une collaboration entre le laboratoire G2Elab et le partenaire industriel ATOS, qui a lieu au sein de l’
Institut multi-disciplinaire sur l’intelligence artificielle MIAI.
En vue de lever les verrous posés et d’aller au-delà de l’état de l’art, nous mettons à contribution des techniques d’Intelligence Artificielle (IA) notamment de « machine learning » en les couplant avec la connaissance physique du système « réseau-stockage », que ce soit pour des besoins de classification ou de mise en œuvre d’une intelligence distribuée dans un processus de prise de décision dynamique et temps réel, ou encore pour de l’optimisation multicritères avec nécessité d’arbitrage entre des objectifs potentiellement antagonistes. Cela sera comparé à des méthodes d’optimisation plus classiques (par exemple garantissant l’optimalité de la solution) si il est plus pertinent de rester sur ces solutions que d’aller vers des techniques d’IA, plus fexibles, mais potentiellement moins précises.
Le travail proposé englobera aussi bien des aspects modélisation hybrides physique-IA, que l’élaboration d’outils d’aide à la prise de décision. Une validation expérimentale via un simulateur temps réel « hardware in the loop » devrait compléter l’étude.
Références :
1 Hadjsaid, A.; Alvarez-Herault, M.-C.; Debusschere, V. & Caire, R.,
Integrating storage in planning of LV distribution networks with PV production, IET Generation, Transmission & Distribution, 2019.
2 De Ibarra, A. S.; Milo, A.; Gaztanaga, H.; Debusschere, V. & Bacha, S.,
Co-optimization of storage system sizing and control strategy for intelligent photovoltaic power plants market integration, IEEE Transactions on Sustainable Energy, 2016, PP, 1-10.
3 Coignard, J.; Debusschere, V. & Caire, R.,
Distributed resource coordination in the context of european energy communities, IEEE Power and Energy Society General Meeting, 2020.
4 De Ibarra, A. S.; Milo, A.; Gaztanaga, H.; Etxeberria-Otadui, I.; Rodriguez, P.; Bacha, S. & Debusschere, V.,
Analysis and comparison of battery energy storage technologies for grid applications, IEEE PowerTech, 2013, 1-6.
5 Contreras-Ocaña, J. E., Singh, A., Bésanger, Y., & Wurtz, F. (2020).
Integrated Planning of a Solar/Storage Collective. IEEE Transactions on Smart Grid.
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