Intérêt du vecteur et stockage d'hydrogène dans l'exploitation des parcs éoliens

Interest of the vector and hydrogen storage in the wind farms operation

• Auteur / Autrice : Abdoulaye Koita
• Direction : Brayima Dakyo, Daniel Hissel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 25/10/2021
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de Recherche en Electrotechnique et Automatique du Havre (Le Havre, Seine-Maritime ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Mohamed Machmoum
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Charles Le Bunetel, Alireza Payman, Nicolas Ugalde-Lascorz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Octavian Curea, Serge Pierfederici

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie éolienne

Énergies renouvelables

Mots clés libres

Energie renouvelable

Parc éolien

Stockage d’énergie

Hydrogène énergie

Pile à combustible

LCOE(Levelized Cost Of Energy)

Renewable energy

Wind farm

Energy storage

Résumé

Ce travail a porté sur l’étude de l’intérêt et stockage Hydrogène dans l’exploitation des parcs éoliens. Afin d’apprécier les hypothèses initiales par rapport aux parcs éoliens, aux systèmes de stockage, aux techniques de modélisation, aux outils de simulation et aux indicateurs économiques pouvant permettre de faire une analyse comparative entre les différents systèmes ou scenarios énergétiques, une analyse bibliographique sur plus de 150 documents a été réalisées. Par la suite, un système composé d’un parc éolien, l’électrolyseur, la PAC, et le réseau électrique a été considéré. Afin de valider les modèles développer, six (6) scenarios ont été étudiés. L’éolien couplé au réseau électrique unique(1) ; l’éolien couplé à l’électrolyseur(2) ; l’éolien et le réseau électrique couplés à l’électrolyseur sans contrainte sur le prix de l’électricité du réseau électrique (3); l’éolien et le réseau électrique couplé à l’électrolyseur avec contrainte sur le prix de l’électricité du réseau électrique (4) ; l’éolien associé à la pile à combustible assurent la fourniture d’une puissance constante au réseau électrique et l’excédent de la production éolienne est utilisée pour produire de l’hydrogène(5) et afin l’éolien associé à la pile à combustible assurent la fourniture d’une puissance constante au réseau électrique entre 18h-20h et en dehors de ce créneau, l’éolien et réseau électrique s’associent pour alimenter l’électrolyseur à sa puissance nominale à condition que le prix de l’électricité sur le réseau électrique soit inférieur à un seuil(40 €/MWh)(6). L’étude de ces scenarios a permis de valider les modèles développés et a montré la flexibilité qu’apporte le stockage hydrogène dans l’exploitation des parcs éoliens. En dernière position, une analyse comparative sur la base économique utilisant le LCOE (Levelized Cost Of Energy) a été faite sur ces scenarios et permis de donner des orientations sur le choix à faire face à la situation considérée.

This work focused on studying the interest and storage of Hydrogen in the operation of wind farms. In order to assess the initial hypotheses in relation to wind farms, storage systems, modeling techniques, simulation tools and economic indicators that can make it possible to carry out a comparative analysis between the different energy systems or scenarios, a bibliographic analysis on more than 150 documents were produced. Subsequently, a system consisting of a wind farm, the electrolyser, the heat pump, and the electricity grid was considered. In order to validate the models developed, six (6) scenarios were studied. Wind power coupled to the single electricity grid (1); wind power coupled to the electrolyser (2); wind power and the electricity network coupled to the electrolyser without constraint on the price of electricity from the electricity network (3); wind power and the electricity network coupled to the electrolyser with constraints on the price of electricity from the electricity network (4); wind power associated with the fuel cell ensure the supply of constant power to the electricity grid and the excess wind production is used to produce hydrogen (5) and for the wind power associated with the fuel cell ensure the supply of constant power to the electricity network between 6 p.m. and 8 p.m. the electricity network is below a threshold (40 € / MWh) (6). The study of these scenarios made it possible to validate the models developed and showed the flexibility that hydrogen storage brings in the operation of wind farms. Lastly, a comparative analysis on the economic basis using the LCOE (Levelized Cost Of Energy) was carried out on these scenarios and made it possible to give orientations on the choice to face the situation considered.