Impacts économiques de la flexibilité de la demande dans les micro-réseaux électriques isolé : une analyse par la théorie des jeux

Economic impacts of demand response in power off-grid microgrids : a game theory perspective

• Auteur / Autrice : Racine Diatta
• Direction : Muriel Travers, Rodica Sandu-Loisel, Lionel Richefort
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences économiques
• Date : Soutenance le 28/02/2023
• Etablissement(s) : Nantes Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences économiques et sciences de gestion - Pays de Loire (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Économie et de Management de Nantes-Atlantique
• Jury : Président / Présidente : François-Charles Wolff
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Lantz, Yannick Perez, Sandrine Mathy, Julien Moreau
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frédéric Lantz, Yannick Perez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Habitations -- Consommation d'énergie

Mots clés libres

Jeu de stackelberg

Dimensionnement de micro-réseau isolé

Flexibilité de la demande

Stackelberg game

System sizing

Demand response

Off-grid microgrid

Résumé

Cette thèse analyse l'effet économique du comportement de consommation d'énergie des ménages lié à la flexibilité de la demande (DR) au sein d’un micro-réseau isolé. La contribution de cette recherche est double. Tout d'abord, un nouveau modèle de DR en jeu Stackelberg entre un utility et un ménage est étudié pour encourager la gestion durable de la demande d'énergie dans un micro-réseau isolé. Les résultats théoriques démontrent que les ménages participeront au DR tant que leur niveau de sensibilité à la réduction de charge est supérieur à un certain seuil. Les résultats montrent également un compromis entre l'obtention d'un résultat socialement optimal sans économies de coûts d'investissement et la mise en oeuvre de programmes DR permettant un système sous-dimensionné fiable en termes d’approvisionnement avec des économies de coûts. Une étude de cas a été réalisée pour explorer dans quelle mesure l'effet du contrôle direct et du jeu DR stratégique entre les ménages et le utility peut contribuer à réduire de manière optimale la capacité d’un micro-réseau isolé de 10 ménages Nigérians, et assurer une bonne qualité de service sans recourt à des d'investissements élevés. Les résultats montrent que le coût moyen obtenu dans le cas de référence est élevé, mais les programmes DR (avec et sans report) et les programmes de soutien financier ont un impact critique sur la viabilité économique des projets de micro-réseaux isolés. La principale recommandation est de privilégier la négociation de contrats de flexibilité de la demande via un jeu de DR stratégique plutôt qu’un contrôle direct via délestage par l’utility. Title

This thesis analyzes the economic effect of households’ energy consumption behavior related to demand response (DR) within an decentralized off-grid microgrid. The contribution is twofold First, a novel model of Stackelberg DR game between a utility and a household is studied to incentivize sustainable energy demand management in an off-grid microgrid. Theoretical results demonstrate that households will participate in the DR program as long as their sensitivity level toward load curtailment is over a certain threshold. Results also show a trade-off between achieving a socially optimal outcome with no investment cost-saving and implementing DR programs that enable a reliable under-sized system with cost-saving. Second, a case study has been performed to explore to what extent the effect of direct control and strategic DR game between households and utility can contribute to optimally downsizing an off-grid microgrid made of 10 Nigerian households, and ensure a good quality of service without relying on high investment cost. Findings show that the average cost obtained in reference case is high, but DR programs (with and without postponing) and financial support schemes have a critical impact on the off-grid project viability metrics. The main recommendation is to prioritise the negotiation of demand flexibility contracts through strategic DR game over norms or direct control from the utility.