Micro-réseaux solaires à courant continu avec moyens deproduction et stockage décentralisés pour l’Électrification Latérale de l’Afrique rurale

DC solar microgrids with decentralized production and storage for the Lateral Electrification of rural Africa

• Auteur / Autrice : Lucas Richard
• Direction : Bertrand Raison, Marie-Cécile Alvarez-Hérault, David Frey
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 09/11/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe de recherche Electronique de puissance (Grenoble)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Luc Schanen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Simon Meunier, Josep M. Guerrero, Corinne Alonso
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Allard, Serge Pierfederici

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conversion photovoltaïque

Afrique

Électricité -- Production

Micro-réseaux électriques

Mots clés libres

Micro-Réseau DC

Électrification Latérale

Contrôle décentralisé

Déploiement terrain

DC microgrid

Lateral Electrification

Decentralized control

Field deployment

Swarm Electrification

Résumé

Actuellement, plus de 770 millions de personnes n'ont pas accès à l'électricité dans le monde malgré des conséquences néfastes évidentes sur le développement socio-économique. Ces communautés non-électrifiés se situent majoritairement dans les zones rurales de l'Afrique subsaharienne, avec très peu d'espoir d'être connectées au réseau national dans un futur proche du fait de leur éloignement.Nanoé, une entreprise sociale et solidaire Franco-Malgache créée en 2017, développe un nouveau modèle d'Électrification Latérale, basé sur la construction progressive et collaborative d'infrastructures électriques du bas vers le haut grâce aux énergies renouvelables, aux technologies de l'information et à l'entrepreneuriat local. Cette thèse s'attaque aux problématiques de recherche inhérentes à l'approche progressive proposée par Nanoé. En particulier, le développement de micro-réseaux à courant continu avec moyens de production et stockage décentralisés a été réalisé, du laboratoire au terrain.Le micro-réseau proposé a pour but d'interconnecter des systèmes électriques solaires autonomes et collectifs, appelés nano-réseaux, regroupant de la production, du stockage et de la distribution d'électricité pour quatre à six foyers distincts. La structure du micro-réseau ainsi que les convertisseurs d'électroniques de puissance et leur contrôle nécessaire au bon fonctionnement du micro-réseau ont été développés dans cette thèse afin de garantir modularité et fiabilité. Un micro-réseau interconnectant 24 nano-réseaux et offrant de nouveaux services électriques productifs a ensuite été déployé à l'échelle d'un village du nord de Madagascar, Ambohimena. Ce déploiement terrain est une étape importante pour Nanoé, puisqu'il prouve la faisabilité technique de son modèle d'Électrification Latérale.

Nowadays, more than 770 million people lack access to electricity worldwide despite the clear harmful consequences on socio-economic development. The vast majority of these unelectrified communities reside in rural Sub-Saharan Africa, far from any national grid infrastructures and with little hope to be connected in a near future.Nanoé, a French-Malagasy social company created in 2017, develops and experiments a new Lateral Electrification model, based on the progressive and collaborative building of smart power infrastructures in a bottom-up manner through renewable energies, digital technologies and local entrepreneurship. This thesis has focused on the inherent research problematics of the progressive approach proposed by Nanoé. In particular, the development of DC microgrids with decentralized production and storage has been carried out from the lab to the field.The proposed microgrid aims at interconnecting basic smart power units, gathering solar power production, storage and distribution within an autonomous and collective DC power system, named nanogrid, delivering power to four to six households. The structure, the power electronic converters needed to operate the microgrid and its associated control algorithm have been designed to offer modularity and scalability while achieving a high level of reliability. A village-wide microgrid has then been installed in Ambohimena, a typical village of the North of Madagascar, interconnecting 24 nanogrids and offering productive use of energy services. This successful deployment is an important milestone for Nanoé as it proves the technical feasibility of its Lateral Electrification model.