Modélisation dynamique et optimisation des systèmes de stockage d'énergie par air comprimé fonctionnant à pression fixe
Auteur / Autrice : | Youssef Mazloum |
Direction : | Assaad Zoughaib, Maroun Nemer |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Energétique et Procédés |
Date : | Soutenance le 09/12/2016 |
Etablissement(s) : | Paris Sciences et Lettres (ComUE) |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris) |
Partenaire(s) de recherche : | établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....) |
Laboratoire : Centre Efficacité Énergétique des Systèmes. Paris | |
Jury : | Président / Présidente : Michel Feidt |
Examinateurs / Examinatrices : Assaad Zoughaib, Maroun Nemer, Lionel Nadau | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Neveu, Pascal Stouffs |
Résumé
La contribution des sources d'énergie renouvelables dans le mix de la production d'électricité augmente largement. De ce fait, l'intégration des technologies de stockage d'énergie dans le réseau électrique devient inévitable afin de remédier aux inconvénients des sources renouvelables. Ainsi, l'objectif de cette thèse est d'évaluer la rentabilité, d'optimiser et d'étudier le comportement dynamique d'un cycle adiabatique de stockage d'énergie par air comprimé fonctionnant à pression fixe (IA-CAES). Ce système est caractérisé d'une part par la récupération de la chaleur de compression et d'autre part par le stockage d'air comprimé sous pression fixe dans des réservoirs hydropneumatiques. Ceux-ci permettent d'améliorer l'efficacité et la densité énergétiques du système de stockage et d'éviter l'utilisation de sources d'énergie fossiles.Tout d'abord, un modèle statique est développé pour achever des analyses énergétiques et exergétique du système IA-CAES. Un modèle exergoéconomique est également réalisé dans le but d'optimiser la rentabilité du système de stockage en utilisant un algorithme génétique. Ainsi, une fonction objective, qui prend en compte le coût d'investissement et le coût d'exploitation, est définie pour être minimisée. L'efficacité du système est de 55,1% dans le cas de base, elle est améliorée à 56,6% après optimisation avec une diminution du capital investi de 5,6%.D'autre part, un modèle dynamique est développé pour étudier la flexibilité du système de stockage et sa capacité à répondre aux besoins du réseau électrique (réserves primaires et secondaires) en évaluant la durée des phases transitoires. Les résultats montrent que le système de stockage a besoin d’un temps supérieur à 2 min avant de pouvoir consommer tout l'excès d'énergie disponible sur le réseau électrique et supérieur à 5 min avant d'être capable de produire toute l'énergie requise par le réseau électrique. Des suggestions sont analysées dans l'objectif d'améliorer la flexibilité du système de stockage tel que le fonctionnement du système en mode de veille avec des vitesses réduites. Il permet de réduire les pertes d'énergie de 68% en mode de stockage et de 27% en mode de production par rapport au mode de veille en vitesses nominales.