Simulation d'un écosystème hydrogène

Simulation of a hydrogen ecosystem

• Auteur / Autrice : Sarad Basnet
• Direction : Marie-Cécile Péra, Karine Deschinkel, Luis Le Moyne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance le 08/04/2025
• Etablissement(s) : Besançon, Université Marie et Louis Pasteur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Jury : Président / Présidente : Alain Bouscayrol
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Haessig
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cédric Bentz, Narayan Kar
• DOI : 10.70675/88b41919zadf4z4412zb4d1z91be0149e6be

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergies renouvelables

Mots clés libres

Dimensionnement d'une installation hydrogène

Gestion d'énergie

Modélisation du système hydrogène

Énergie renouvelable

Ecosystème de l'hydrogène

Analyse de faisabilité

Optimisation

Sizing of a hydrogen system

Energy management

Modelling of the hydrogen system

Renewable energy

Hydrogen ecosystem

Feasibility analysis

Optimization

Résumé

Cette thèse développe une méthodologie et un simulateur pour analyser un écosystème hydrogène, en se concentrant sur le dimensionnement et la gestion énergétique d’un système hybride d’énergie renouvelable couplé au réseau et basé sur l’hydrogène. Le problème d’optimisation est formulé à l’aide d’un modèle de programmation linéaire en nombres entiers mixtes. L’étude, appliquée à la ville de Dijon (France), vise à minimiser les coûts annuels tout en intégrant des indicateurs techniques, économiques et environnementaux. Ces indicateurs évaluent notamment la production d’énergie renouvelable, les importations du réseau, le coût moyen de l’hydrogène et les émissions de carbone liées à sa production. Une approche multi-objectifs permet de trouver un équilibre entre rentabilité économique et impact environnemental. L’analyse est menée sur une année complète avec un pas horaire, puis étendue sur cinq ans pour mesurer les effets à long terme et identifier les défis et bénéfices du modèle. Des études de cas, avec ou sans contraintes sur le dimensionnement des énergies renouvelables, examinent la faisabilité géographique du déploiement des infrastructures. L’étude propose également une optimisation de la planification du ravitaillement des bus à hydrogène, en tenant compte des périodes de ravitaillement restreintes et en déterminant la taille optimale des stations. Enfin, tous les résultats sont analysés et évalués.

This thesis develops a methodology and a simulator to analyze a hydrogen ecosystem, focusing on the sizing and energy management of a hybrid renewable energy system coupled with the grid and based on hydrogen. The optimization problem is formulated using a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) model. The study, applied to the city of Dijon (France), aims to minimize annual costs while integrating technical, economic, and environmental indicators. These indicators evaluate renewable energy production, grid imports, the levelized cost of hydrogen, and carbon emissions related to hydrogen production. A multi-objective approach is used to balance economic profitability and environmental impact. The analysis is conducted over a full year with an hourly time step, then extended to five years to assess long-term effects and identify the challenges and benefits of the model. Case studies, with or without constraints on renewable energy sizing, examine the geographical feasibility of deploying the infrastructure. The study also proposes an optimization of hydrogen bus refueling planning, considering restricted refueling periods and determining the optimal size of refueling stations. Finally, all results are analyzed and evaluated.