Réduction des pics de consommation d’électricité et problèmes d’optimisation induits pour les consommateurs

par Chloé Desdouits

Thèse de doctorat en Automatique et productique

Sous la direction de Mazen Alamir.

Le président du jury était Christophe Picouleau.

Le jury était composé de Mazen Alamir, Rodolphe Giroudeau, Claude Le Pape.

Les rapporteurs étaient Christian Artigues, Didier Dumur.


  • Résumé

    Alors que les préoccupations concernant le réchauffement climatique deviennent de plus en plus sérieuses, l'une de ses premières causes: la consommation d'électricité, continue à croître. Une des manières d'endiguer le phénomène pourrait être de mieux équilibrer la consommation et la production, afin d'allumer moins de gros groupes de production, et de permettre l'intégration de plus de sources renouvelables. Le nouveau paradigme du marché de l'électricité incite les consommateurs à réduire leur pic de consommation, et à différer leur consommation quand la demande est moindre, à l'aide d'incitations tarifaires. De nouveaux algorithmes d'optimisation, et de nouvelles méthodologies sont donc nécessaires pour optimiser la puissance d'électrique utilisée par les consommateurs. Schneider Electric propose, à travers le projet européen Arrowhead, d'étudier trois cas applicatifs : un ascenseur avec plusieurs sources énergétiques, une usine manufacturière et un réseau d'eau potable. Pour chacune de ces trois applications, une méthodologie pour optimiser les pics de puissance consommée (parfois à l'aide d'une fonction de coût de l'électricité) est donnée, ainsi que des algorithmes d'optimisation. Dans le cas de l'ascenseur multi-sources, deux contrôleurs couplés sont proposés : l'un au niveau stratégique résolvant un problème linéaire, et l'autre à base de règles au niveau tactique. Dans le cas de l'usine, la méthodologie que nous avons utilisée pour faire des mesures, construire des modèles énergétiques, et finalement optimiser est expliquée. De plus, trois formulations linéaires, ainsi qu'une procédure de recherche locale, et une formulation naïve de programmation par contraintes sont données afin de résoudre le problème d'ordonnancement NP-difficile. Dans le cas du réseau d'eau, une formulation à contraintes quadratiques est utilisée pour comparer des plans de pompage optimisés avec la tactique utilisée habituellement dans le réseau. Les méthodes proposées entraînent des gains sur la facture énergétique de 1.5% à 114%, dépendamment du contexte. De plus, elles permettent aux consommateurs de participer au nouveau marché de l'énergie. Finalement, les connaissances retirées de l'étude de ces trois pilotes sont résumées, et des lignes directrices sont données pour l'optimisation de la facture énergétique d'un système quelconque consommant de l'énergie.

  • Titre traduit

    Reduction of electricity consumption peaks and optimization problems induced on the demand side


  • Résumé

    While concerns about global warming have never been so important, one of its first causes: global electricity consumption, is still growing. One way to stem the phenomenon could be to better balance demand and production, in order to switch on less big production groups and to allow the integration of more renewable production sources. The new paradigm of electricity market incites customers to reduce their electricity consumption peak and to shift their consumption when the demand is lower, by introducing economical incentives. Thus, new optimization algorithms and methodologies are needed at the customers side to optimize power usage over time. Schneider Electric proposes, through the Arrowhead European project, to study three application use-cases: an elevator with multiple electricity sources, a manufac- turing plant, and a drinking water network. For each of these use-cases, a methodology to optimize power consumption peaks (sometimes through an electricity cost function) is given, as well as optimization algorithms. For the multisource elevator case, two coupled controllers are proposed: one at the strategic level solving a linear problem, the other one rule-based at the tactical level. For the manufacturing plant, the methodology we used to monitor, build energy models, and finally optimize is explained. Furthermore, three linear formulations are given, as well as a simple local search procedure and a naive constraint satisfaction formulation to handle the NP-hard scheduling problem. For the water network use-case, a quadratically constrained formulation is used to compare optimized pumping plans with the Business As Usual tactic. The methods proposed bring between 1.5% to 114% savings on the energy bill, depending on the context. Moreover, they allow electricity consumers to participate in the demand-response market. Finally, the knowledge extracted from our three use-cases is summarized, and guide- lines are given to optimize the electricity bill of any electricity consumer system.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université Savoie Mont Blanc (Chambéry-Annecy). Service commun de la documentation et des bibliothèques universitaires. Bibliothèque électronique.
  • Bibliothèque : Service Interétablissement de Documentation. LLSH Collections numériques.
  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation. STM. Collections numériques.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.