Vers une gestion régionale de l'intermittence éolienne : une approche statistique de la complémentarité de la production

Towards regional management of wind intermittency : a statistical approach of complementary generation

• Auteur / Autrice : Kheirreddine Sari
• Direction : Benoît Mulkay, Boris Solier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences économiques
• Date : Soutenance le 16/12/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Economie Gestion de Montpellier (2015-.... ; Montpellier)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Montpellier Recherche en Économie
• Jury : Président / Présidente : Jean-Christophe Poudou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphanie Monjon, Robin Girard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dorothée Charlier, Benoît Sévi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éoliennes

Fonctions discontinues

France

Énergies renouvelables

Mots clés libres

Énergie renouvelable

Intermittence

Production éolienne complémentaire

Demande électrique infrarégionale

Analyse en séries temporelles

France

Renewable energy

Intermittency

Complementary wind production

Sub-Regional electricity demand

Time series analysis

France

Résumé

Cette thèse explore le rôle de la complémentarité éolienne dans la gestion de l'intermittence à l'échelle infrarégionale en France. À travers une approche empirique et statistique, ce travail examine la manière dont la distribution géographique des parcs éoliens peut contribuer à atténuer les fluctuations de production dues au caractère variable et volatile du vent, afin de favoriser une couverture plus stable de la demande électrique. La première contribution de cette recherche réside dans l'utilisation de données réelles de vitesse du vent, offrant une meilleure précision par rapport aux données satellitaires et permettant une identification fine des sites complémentaires au sein de la France. En exploitant des méthodes de classification des séries temporelles, cette thèse a permis de déterminer des clusters de sites éoliens négativement corrélés, indiquant un potentiel de complémentarité qui améliore la disponibilité de l'énergie éolienne et réduit les épisodes d'intermittence. Ensuite, l'étude intègre une analyse des contraintes techniques, environnementales et économiques des parcs éoliens, soulignant la faisabilité de cette complémentarité. L'évaluation économique des combinaisons de sites montre que ces configurations sont non seulement viables mais aussi abordables en termes de coût actualisé de l'électricité (LCOE). Les résultats démontrent que les parcs éoliens complémentaires augmentent la couverture de la demande d'au moins 10 % par rapport à un site unique, allant jusqu'à un taux de couverture de 30%. Enfin, l'analyse de séries temporelles est utilisée pour quantifier les effets dynamiques de la complémentarité sur la production et la demande résiduelle, en intégrant des tests de causalité de Granger dépendant du temps (TVGC). Cette approche révèle que la complémentarité spatio-temporelle du vent réduit la demande résiduelle, en particulier lors des périodes de forte demande, comme en hiver, et souligne l'importance d'une prise en compte saisonnière, dans la perspective, d'une planification éolienne efficace. En somme, ce travail de recherche démontre que la complémentarité éolienne infrarégionale, fondée sur une analyse fine des sites et intégrant des données empiriques, peut jouer un rôle stratégique dans la gestion de l'intermittence. Ces résultats apportent un éclairage pertinent pour l'élaboration de politiques énergétiques locales, voire globales, notamment dans le cadre des Zones d'Accélération des Énergies Renouvelables en France.

This thesis explores the role of wind complementarity in managing intermittency at the sub-regional level in France. Through an empirical and statistical approach, this work examines how the geographical distribution of wind farms can help mitigate production fluctuations due to the variable and volatile nature of wind, thus promoting a more stable coverage of electricity demand. The first contribution of this research lies in the use of real wind speed data, offering greater precision compared to satellite data and enabling a fine-tuned identification of complementary sites within France. By leveraging time series classification methods, this thesis identified clusters of negatively correlated wind sites, indicating a complementarity potential that enhances wind energy availability and reduces intermittency events. The study then incorporates an analysis of the technical, environmental, and economic constraints of wind farms, highlighting the feasibility of this complementarity. The economic evaluation of site combinations shows that these configurations are not only viable but also affordable in terms of the levelized cost of electricity (LCOE). The results demonstrate that complementary wind farms increase demand coverage by at least 10% compared to a single site, reaching up to a 30% coverage rate.Finally, time-series analysis is used to quantify the dynamic effects of complementarity on production and residual demand, integrating time-varying Granger causality tests (TVGC). This approach reveals that the spatio-temporal complementarity of wind reduces residual demand, especially during periods of high demand, such as in winter, and underscores the importance of seasonal consideration in effective wind planning. In summary, this research demonstrates that sub-regional wind complementarity, based on a refined site analysis and empirical data, can play a strategic role in managing intermittency. These findings provide relevant insights for developing local, and potentially global, energy policies, especially within the framework of Renewable Energy Acceleration Zones in France.