Étude de la durabilité des micro-réseaux par un modèle systémique basé sur la théorie de la modélisation et de la simulation

Study of the sustainability of microgrids using systemic models based on the theory of modeling and simulation

• Auteur / Autrice : Antoine Boche
• Direction : Luiz Fernando Lavado Villa, Clément Foucher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 21/07/2023
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Génie électrique, électronique, télécommunications et santé : du système au nanosystème (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (Toulouse ; 1968-....)
• Jury : Président / Présidente : Delphine Riu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Simon Meunier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thomas Hamacher

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrification rurale

Durée de vie (ingénierie)

Méthodes de simulation

Modèles mathématiques

Micro-réseaux électriques

Mots clés libres

Micro-réseaux

Durabilité

Modèle

Electrification rurale

Approche systémique

Microgrids

Sustainability

Model

Rural electrification

Systemic approach

Résumé

La recherche s'intéresse de plus en plus à l'étude des micro-réseaux comme moyen de surmonter le manque d'accès à l'énergie. Ces micro-réseaux pourraient être la clé de l'accès mondial à l'énergie en raison de leurs nombreux avantages liés à la flexibilité, à l'efficacité et à la fiabilité. Malgré toutes ces qualités, les micro-réseaux restent difficiles à mettre en œuvre de manière durable et résiliente, sans qu'il y ait un consensus clair sur les causes de ces défaillances. A cette fin, ce travail propose un nouveau paradigme pour faire un examen multidisciplinaire et complet du fonctionnement des micro-réseaux et de modéliser ces systèmes en se basant sur la théorie de la modélisation et de la simulation. En conciliant les différents domaines inhérents aux micro-réseaux, ce travail permet l'étude des micro-réseaux dans un cadre unifié. Les micro-réseaux seront présentés et étudiés à travers les domaines de l'énergie, de l'information, de la finance et du social afin de fournir les éléments nécessaires à leur compréhension systémique. Cette thèse a deux objectifs principaux directement liés à ses motivations et à son problème central. Le premier objectif est de créer un ensemble de modèles capables de relier les éléments techniques et sociaux de la durabilité des micro-réseaux. En raison de leur nature multidisciplinaire, les micro-réseaux sont généralement étudiés par différents domaines de recherche qui produisent des modèles différents. Il y a un besoin évident d'un nouveau modèle reliant la durabilité en termes techniques et sociaux. Le deuxième objectif de cette thèse est de créer un ensemble de simulateurs capables d'utiliser les modèles multidisciplinaires proposés pour étudier les micro-réseaux. Bien que plusieurs simulateurs pour les micro-réseaux existent dans la littérature, ils ne considèrent pas les modèles multidisciplinaires. Cela signifie qu'une étude de durabilité est vouée à n'être prise que d'un point de vue réduit et biaisé. La nécessité d'un nouveau modèle évoquée ci-dessus s'applique également aux nouveaux simulateurs. En développant cette nouvelle vision des micro-réseaux, cette thèse espère ouvrir la voie à une compréhension plus profonde de leur fonctionnement systémique et diagnostiquer leur durabilité à long terme.

There is a growing research interest in studying microgrids to promote energy access. These microgrids could be the key to global energy access because of their many advantages related to flexibility, efficiency and reliability. Despite all these qualities, microgrids remain difficult to implement in a sustainable and resilient way due to a lack of a consensus on the causes of these failures. To this end, this work proposes a new paradigm for a comprehensive multidisciplinary analysis of the operation of microgrids and for modeling these systems based on modeling and simulation theory. By reconciling the different domains inherent to microgrids, this work seeks to study microgrids through an unified framework. Microgrids will be presented and studied through energy, information, finance and social domains to provide the necessary elements for their systemic understanding. This thesis has two main objectives directly related to its motivation and central problem. The first objective is to create a set of models capable of linking the technical and social elements of microgrid sustainability. Due to their multidisciplinary nature, microgrids are usually studied by different research fields that produce different models. There is a clear need for a new model linking sustainability in technical and social terms. The second objective of this thesis is to create a set of simulators capable of using the proposed multidisciplinary models to study microgrids. Although several simulators for microgrids do exist, they do not consider multidisciplinary models. This means that a sustainability study is bound to be taken only from a reduced and biased perspective. The need for a new model mentioned above also applies to new simulators. By developing this new view of microgrids, this thesis hopes to pave the way for a deeper understanding of their systemic functioning and diagnose their long-term sustainability.