Intégration des véhicules électriques et de la production décentralisée dans les réseaux électriques : Modèles économique et réglementaire pour la valorisation de la flexibilité.

Integration of electric vehicles and distributed generation in the electric grids: economic and regulatory models for the valorization of flexibility.

• Auteur / Autrice : Bibata Sagnon
• Direction : Stéphane Robin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences économiques
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences économiques (Grenoble ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'économie appliquée de Grenoble (2003-....)

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation MARKAL

Coordination proactive

Flexibilité

Réseau électrique

Véhicule électrique

Production décentralisée

Proactive coordination

Distributed generation

MARKAL modeling

Electric vehicle

Flexibility

Electric grid

Résumé

La transition énergétique nécessitera une transformation profonde du système énergétique pour faciliter une intégration massive des énergies renouvelables et intermittentes et placer l'électricité et l'hydrogène comme les vecteurs centraux de cette mutation. L'accès à l'énergie est actuellement opéré à travers un mécanisme de gestion centralisé par les gestionnaires du réseau électrique assurant l'intégration des nouvelles technologies, dites de flexibilité, avec un paradigme sécuritaire veillant strictement à l'équilibrage du réseau, historiquement adapté aux technologies conventionnelles et des flux d'énergie unidirectionnels. L'introduction massive des sources d'énergie renouvelables et variables, mais aussi des sources de flexibilité telles que les Véhicules Electriques (VE) avec des flux bidirectionnels, impose de repenser le modèle d'affaire des opérateurs de réseaux, principalement les gestionnaires du réseau de distribution, auxquels, une proportion importante des technologies renouvelables et de flexibilité y sont connectés. Dans un tel contexte et où les incertitudes sur l'évolution des contraintes sur le réseau sont fortes, il convient de se doter des outils d'aide à la décision pour définir les niveaux d'investissements optimaux. Cette thèse utilise donc la modélisation MARKAL plus précisément le modèle TIMES qui est un modèle technico-économique adapté à l'analyse de long terme des réseaux électriques avec une intégration massive des énergies renouvelables. Ce modèle est capable de prendre en compte les mutations technologiques et à travers la minimisation du coût global actualisé, il permettra de déterminer la taille optimale du parc de VE et le niveau optimal des investissements qui optimise l'utilisation de ces nouvelles technologies. En outre, en présence des acteurs de production stratégiques, l'analyse de la question centrale de la coordination des choix d'investissement de l'opérateur de réseau et les investissements des acteurs décentralisés s'avère nécessaire. Cette thèse étudie alors un modèle de coordination proactive où l'opérateur du réseau anticipe le timing de l'intégration des technologies de flexibilité pour limiter les coûts d'opportunité lié au décalage de disponibilité entre les nouvelles infrastructures réseaux et le développement de l'offre d'énergie ainsi que les surcoûts techniques liés aux problèmes de congestion et de surtension du réseau que créent les nouvelles technologies. Par ailleurs, cette thèse analyse la réglementation qui devra accompagner ces mutations du système électrique.

The energy transition will require a profound transformation of the energy system to facilitate the massive integration of renewable and intermittent energies and to place electricity and hydrogen as the central vectors of this transformation. Access to energy is currently operated through a centralized management mechanism by power system operators ensuring the integration of new technologies, called flexibility, with a security paradigm strictly ensuring the balancing of the grid, historically adapted to conventional technologies and unidirectional energy flows. The massive introduction of renewable and variable energy sources, but also of flexibility sources such as Electric Vehicles (EV) with bidirectional flows, requires a rethinking of the business model of system operators, mainly distribution grid operators, to which a significant proportion of renewable and flexibility technologies are connected. In such a context and where the uncertainties on the evolution of the constraints on the grid are strong, it is necessary to have decision support tools to define the optimal investment levels. This thesis uses the MARKAL model, more precisely the TIMES model, which is a technico-economic model adapted to the long-term analysis of electrical grids with a massive integration of renewable energies. This model is able to take into account the technological changes and through the minimization of the global discounted cost, it will allow to determine the optimal size of the EV fleet and the optimal level of investments that optimizes the use of these new technologies. Furthermore, in the presence of strategic generation actors, the analysis of the central issue of the coordination of the investment choices of the grid operator and the investments of the decentralized actors is necessary. This thesis studies a proactive coordination model where the grid operator anticipates the timing of the integration of flexibility technologies in order to limit the opportunity costs related to the availability gap between the new grid infrastructures and the development of the energy supply as well as the technical overcosts related to the congestion and grid overvoltage problems created by the new technologies. In addition, this thesis analyzes the regulations that will have to support these changes in the electrical system.