Améliorer la rentabilité des systèmes de stockage d'énergie par batterie grâce à l'empilement des services sur les marchés européens de l'énergie

Enhancing Profitability of Battery Energy Storage Systems through Service Stacking in European Energy Markets

• Auteur / Autrice : Ahmed Mohamed
• Direction : Vincent Debusschere
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 22/11/2024
• 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 Systèmes et réseaux électriques (Grenoble)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble, Isère, France ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Nouredine Hadj-Said
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cédric Clastres, Remy Rigo-Mariani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Geert Deconinck, Hossein Farahmand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Accumulateurs

Réseaux électriques (énergie)

Énergie -- Stockage

Mots clés libres

Optimisation

Système de stockage d'énergie

Marchés de l'énergie

Stacked Revenue

Incertitudes

Optimization

Energy markets

Energy storage system

Stacked revenue

Uncertainties

Résumé

Le paysage énergétique mondial est en pleine mutation, motivée par la nécessité pressante de passer à une énergie plus propre et de réduire les émissions de carbone.L'expansion rapide des sources d'énergie renouvelable, telles que l'énergie éolienne et solaire, est au cœur de cette transformation. Cependant, l'intermittence et la variabilité inhérentes à ces sources d'énergie renouvelable posent des défis considérables à la stabilité et à la fiabilité des systèmes électriques. À mesure que la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique augmente, les opérateurs de réseaux sont de plus en plus confrontés à des complexités pour équilibrer l'offre et la demande, gérer la régulation de la fréquence et maintenir la stabilité globale du réseau. Les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) ont émergé comme une solution clé à ces défis. Les BESS peuvent stocker l'excédent d'énergie généré lors des périodes de forte production d'énergie renouvelable et la décharger lors des périodes de faible production ou de forte demande, atténuant ainsi les fluctuations de la production d'énergie. De plus, les BESS peuvent fournir des services auxiliaires essentiels, tels que la régulation de la fréquence, le soutien de la tension et la réduction des pointes de consommation, qui sont cruciaux pour maintenir la stabilité du réseau dans le contexte de l'intégration croissante des énergies renouvelables.Malgré les avantages techniques des BESS, leur déploiement à grande échelle dépend de leur viabilité économique. Pour garantir que les projets BESS soient rentables et durables, il est crucial de développer des méthodologies robustes pour évaluer leurs potentiels flux de revenus sur différents marchés de l'énergie. Cela inclut la compréhension de la manière dont les BESS peuvent participer simultanément à plusieurs marchés, empiler les services pour maximiser les revenus, et aborder les incertitudes et les complexités associées à la participation aux marchés et à l'exploitation du système. L'objectif principal de cette thèse est de développer des modèles et des méthodes pour évaluer le potentiel économique des BESS sur divers marchés de l'électricité. La recherche se concentre sur l'optimisation de la participation des BESS aux marchés de l'énergie de gros, aux services auxiliaires et aux mécanismes de capacité, dans lebut d'améliorer leur rentabilité. En utilisant des techniques d'optimisation avancées et en menant des simulations détaillées, cette thèse apporte des éclairages précieux sur les défis économiques et techniques de l'intégration des BESS dans les systèmes électriques modernes. En fin de compte, les résultats de cette recherche devraient contribuer à un déploiement plus large des BESS, aidant à stabiliser les réseaux, à permettre une plus grande pénétration des énergies renouvelables et à soutenir la transition mondiale vers un avenir énergétique plus propre et plus résilient.

The global energy landscape is undergoing a profound shift, driven by the pressing needto transition to cleaner energy and reduce carbon emissions. The rapid expansion of renewable energy sources, such as wind and solar power, is at the forefront of this shift. However, the inherent intermittency and variability of these renewable sources introduce significant challenges to the stability and reliability of power systems. As the proportion of renewables in the energy mix grows, grid operators are increasingly confronted with complexities in balancing supply and demand, managing frequency regulation, and maintaining overall grid stability. Battery Energy Storage Systems (BESS) have emerged as a key solution to these challenges. BESS can store surplus energy generated during periods of high renewable output and discharge it during times of low production or peak demand, thereby mitigating fluctuations in power generation. Furthermore, BESS can deliver critical ancillary services, such as frequency regulation, voltage support, and peak shaving, which are vital for sustaining grid stability in the context of increasing renewable energy integration.Despite the technical advantages of BESS, their widespread deployment is contingenton economic viability. To ensure that BESS projects are profitable and sustainable, it is crucial to develop robust methodologies for evaluating their potential revenue streams across different energy markets. This includes understanding how BESS can participate in multiple markets simultaneously, stacking services to maximize revenue, and addressing the uncertainties and complexities associated with market participation and system operation. The primary objective of this thesis is to develop models and methods for assessing the economic potential of BESS in various electricity markets. The research focuses on optimizing the participation of BESS in wholesale energy markets, ancillary services, and capacity mechanisms, with the goal of enhancing their profitability. By employing advanced optimization techniques and conducting detailed simulations, this thesis provides valuable insights into the economic and technical challenges of integrating BESS into modern power systems. Ultimately, the findings of this research are expected to contribute to the broader deployment of BESS, helping to stabilize grids, enable higher penetration of renewable energy, and support the global transition to a cleaner, more resilient energy future.