Généralités sur les micro réseaux

Qu’est ce qu’un micro réseau

On désigne par micro réseau, un réseau composé généralement de plusieurs générateurs, de systèmes de stockage de l’énergie ainsi que des charges, des éléments de supervision et de gestion de l’énergie qui interagissent entre eux . Un micro réseau électrique peut à la fois fonctionner en étant connecté au réseau principal d’électricité ou bien en îlotage.

Dans un premier temps les micro réseaux était développés pour subvenir aux besoins en énergie dans des régions difficiles d’accès, non raccordé au réseau principal ou bien, sur des sites stratégiques (hôpitaux, bases militaires). Cependant aujourd’hui, ils jouent le rôle d’appui du réseau électrique principal, en apportant une énergie plus écologique et respectueuse des enjeux climatiques du 21ème siècle en intégrant des sources d’énergie renouvelable et ainsi contribuer à la réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES).

Les sources d’énergies renouvelables

En effet les sources d’énergies renouvelables sont les moyens de production privilégiés, les principales utilisées sont les panneaux solaires photovoltaïques et les éoliennes. Ces deux énergies ont connues un essor important lors des 30 dernières années, de part leurs importants potentiels énergétiques.

D’autres moyens de production peuvent être employés selon les ressources présentes dans la région comme la géothermie, exploitant la chaleur du sous-sol. La biomasse, quant à elle, permet de produire de l’électricité et de la chaleur par cogénération grâce à la combustion des déchets ménagers, agricoles et autres.

Un élément tout aussi important et qui représente un enjeu majeur dans le développement des micro-réseaux est le stockage de l’énergie. C’est le rôle des batteries, qui peuvent être employées de deux manières différentes. Tout d’abord comme unités de stockage, en absorbant le surplus d’énergie sur le réseau afin de conserver un bon équilibre entre production et consommation et également en tant que réserve dans le but de soutenir la production dans le cas où la demande en énergie augmente rapidement ou que la production diminue due aux conditions environnementales.

Les démonstrateurs de micro réseau

De nombreux projets ont vu le jour appelés « démonstrateurs », ceux ci visent à démontrer l’importance et les performances de l’installation de micro réseau, tout en étudiant mieux leurs impacts environnementaux, sociétaux et économiques, comme c’est le cas avec le projet IssyGrid (d’Issy-Les-Moulineaux, 2015; issygrid, 2014). Prenant place dans la ville d’Issyles-Moulineaux en région parisienne, ce projet de micro réseau vise à installer des sources d’énergies renouvelables (photovoltaïque et cogénération) ainsi que des batteries dans le but d’optimiser la production et la distribution d’énergie pour des résidences, commerces ainsi que des éclairages publiques et des véhicules électriques, tout en faisant intervenir des systèmes d’informations interconnectés pour l’échange de données du micro réseau. Les résultats attendus sont une réduction de la charge de 400 kW ainsi qu’une économie d’environ 8 000 euros par an pour un bâtiment de 10 000 m² .

Au Canada, le campus de British Columbia Institute of Technologie (BCIT) est le premier campus à avoir installer un micro réseau électrique (CRE, 2015; Farhangi, 2008). Ce réseau se compose de 300 kW de panneaux photovoltaïques, deux fois cinq kW d’éolienne, 250 kW de turbine thermique ainsi que 550 kW de batteries Lithium ion. Ces énergies sont distribuées aux charges résidentielles, universitaires, industrielles et aux véhicules électriques. La consommation en énergie fût réduite de 21% sur le campus de BCIT.

Les avantages aux déploiements des micro réseaux

Les micro réseaux représentent aujourd’hui une avancée technologique importante dans un secteur où les installations électriques sont vieillissantes. Le déploiement de tels réseaux a de nombreux avantages. Tout d’abord, une gestion optimisée des moyens de production décentralisée d’origine renouvelable. Les centrales pourront ajuster leurs productions selon la demande des consommateurs. Ils pourront également de manière plus efficace soutenir le réseau de distribution publique lors des pics de consommations, notamment par un pilotage de la demande.

Un meilleur rendement du transport de l’électricité est également possible. Sur le réseau principal, l’acheminement de l’électricité se fait par le biais d’un réseau maillé de ligne haute et moyenne tensions. Ce transport sur de longues distances induit des pertes de lignes importantes. En favorisant les micro réseaux, c’est une production locale et régionale qui est mis en avant et donc un transport sur de plus faible distance, ce qui engendre moins de perte. De plus, les lignes étant moins surchargées, le nombre de panne est réduit, entrainant des économies drastiques .

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 GÉNÉRALITÉS SUR LES MICRO RÉSEAUX
1.1 Qu’est ce qu’un micro réseau
1.1.1 Les sources d’énergies renouvelables
1.1.2 Interaction avec le réseau principal
1.2 Les démonstrateurs de micro réseau
1.3 Les avantages aux déploiements des micro réseaux
1.4 Les défis techniques et économiques
1.5 Objectif du mémoire
CHAPITRE 2 LE STATISME DE LA TENSION
2.1 Les différents types de statisme
2.1.1 Statisme de la puissance active et réactive (P-F & Q-V)
2.1.2 Statisme P-V & Q-F
2.2 Statisme dans un réseau à courant alternatif (CA)
2.2.1 Calcul de la tension de statisme Vg/Vdc
2.2.2 Le statisme Pdc/Vg
2.2.3 L’impédance virtuelle
2.3 Statisme dans un réseau CC
CHAPITRE 3 MODÉLISATION D’UN RÉSEAU CA AVEC SOURCES MULTIPLES
3.1 Topologie du réseau
3.2 Simulation
3.2.1 Simulation avec charge fixe
3.2.2 Validation de la simulation
3.2.3 Simulation avec variation de la charge
3.3 Observation du statisme
3.4 Incidence de l’utilisation d’une zone morte
3.4.1 Sans l’utilisation de la zone morte
3.4.2 Zone morte fixe et variation de la charge
3.4.3 Comportement de la source S1 lorsque la puissance de S2 se situe dans la zone morte
3.4.4 Variation de la zone morte pour une variation de charge donnée
CHAPITRE 4 INTÉGRATION DES ÉNERGIES RENOUVELABLES DANS UN MICRO RÉSEAU
4.1 Topologie du réseau
4.1.1 Première topologie du micro réseau
4.1.2 Stratégie de décharge et de recharge de la batterie
4.1.3 Simulation du micro réseau
4.2 Micro réseau CC avec connexion au réseau principal
4.3 Fonctionnement en mode ilôté
4.3.1 Réponse à la demande à l’aide des panneaux solaires et des batteries
4.3.2 Alimentation de la charge et recharge de la batterie
4.4 Fonctionnement en mode connecté au réseau
4.4.1 Modélisation du réseau principal de distribution
4.4.2 Intervention du réseau principal pour l’alimentation des charges
4.4.3 Transition entre le mode connecté et le mode ilôtage
CHAPITRE 5 MODÉLISATION DE PANNEAUX SOLAIRES ET DE LEURS COMMANDES
5.1 Généralités sur l’énergie solaire
5.2 Modélisation des panneaux solaires
5.3 Modélisation du convertisseur de puissance
5.4 Recherche du point de fonctionnement maximum (MPPT)
5.5 Utilisation du MPPT et du statisme de la tension
CHAPITRE 6 INTÉGRATION DES BATTERIES PAR LE STATISME
6.1 Modélisation de la batterie
6.2 Choix du convertisseur de puissance
6.3 Statisme du SOC
6.4 Simulation d’un réseau de batteries
6.5 Validation de la simulation
CONCLUSION