Modélisation multi-physique et gestion d'énergie d'un micro-réseau résidentiel

Multi-physics modeling and energy management of a residential micro-grid

• Auteur / Autrice : Chaïma Mahjoubi
• Direction : Mohamed Machmoum, Ilhem Slama-Belkhodja
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 26/10/2019
• Etablissement(s) : Nantes en cotutelle avec Université de Tunis El Manar
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Énergie Électrique de Nantes-Atlantique
• Jury : Président / Présidente : Ahmed Masmoudi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Christophe Olivier, Bruno Sareni, Lofti Krichen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Habitations -- Consommation d'énergie

Électricité -- Distribution

Générateurs photovoltaïques

Énergie -- Stockage

Piles à combustible à membrane échangeuse de protons

Mots clés libres

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Résumé

Le travail porte sur la modélisation et l’optimisation d’un micro-réseau multi-sources autonome dans le cadre d’une application résidentielle. Le micro-réseau d’étude est un système multisources à énergie renouvelable comprenant des panneaux photovoltaïques (PV) comme source de production principale, une pile à combustible (PàC) comme source de production auxiliaire, des supercondensateurs et une batterie Lithium-ion comme système hybride de stockage, l’ensemble interfacé via des convertisseurs statiques pour l’adaptation des niveaux de puissance. Dans un premier temps, ces travaux de recherche se concentrent sur la modélisation multiphysique des sources et des éléments de stockage de l’énergie ainsi que leur validation expérimentale. En effet, l’étude du vieillissement des différents organes du système nécessite la modélisation de l’intégralité du système, étant donné que le vieillissement dépend principalement des paramètres électriques et thermiques. Dans un second temps, nous avons élaboré une stratégie de gestion d’énergie basée sur le principe de la séparation fréquentielle. Cette stratégie a pour objectif de réduire la consommation du carburant (Hydrogène) par la pile à combustible et d’améliorer la durée de vie des systèmes de stockage et de production de l’énergie. Une étude technico-économique est ensuite effectuée, afin d’identifier le meilleur compris entre le coût total du système et la quantité de l’énergie produite. Finalement, une analyse de sensibilité est réalisée pour identifier les paramètres les plus influents sur le coût total du système.

This research focuses on the multi-physic modeling and the optimization of an autonomous multi-source microgrid supplying a residential application. The studied micro-grid is a renewable energy system composed of photovoltaic panels PV as a main production source, a fuel cell as an auxiliary production source, supercapacitors and a Lithium Ion battery as a hybrid storage system and static converters for power levels adjustment. As a first step, this research focuses on the multi-physics modeling of energy sources and storage elements by considering electrical, thermal and aging domain and their experimental validation. In fact, the aging study of the system’s elements requires the modeling of the whole system, since aging depends mainly on electrical and thermal parameters. Secondly, multiphysical energy management strategy is developed based on frequency separation. Thus, the main strategy objectives are reducing the fuel consumption (Hydrogen) and improving the storage and production elements lifetime. Therefore, a technical-economic study is carried out, in order to identify the best agreement between the system total cost and the energy produced. Finally, a sensitivity analysis is conducted to identify the most influential parameters on the total cost of the system.