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SHRIVASTWA Ritu Raj

Enhancement of flexibility of conventional Hydro Power Plants for faster ramp-up using Energy Storage Systems

 

Co-directeur de thèse :     Ahmad HABLY

École doctorale : Electronique, electrotechnique, automatique, traitement du signal (EEATS)

Spécialité : Automatique et productique

Structure de rattachement : Autre

Établissement d'origine : INPG - ENSE3

Financement(s) : contrat à durée déterminée ; Sans financement

 

Date d'entrée en thèse : 10/10/2018

Date de soutenance : 04/02/2022

 

Composition du jury :
- BACHA, Seddik, Professor of Universities, Director of Thesis, University Grenoble Alpes,
- HABLY, Ahmad, Maitre de Conference, Co-director of Thesis, University Grenoble Alpes
- CHARPENTIER, Jean-Frédéric, Associate Professor, Ecole Navale
- MARINESCU, Bogdan, Professor, Ecole Centrale de Nantes
- RIU, Delphine, Professor of Universities, University Grenoble Alpes
- KANAAN, Hadi, Professor, Saint Joseph University of Beirut
- POUGET, Julien, Associate Professor, HES-SO VALAIS-WALLIS
- VECHIEU, Ionel, Professor, ESTIA Institute of Techology

 

Résumé : Avec la croissance actuelle de la production d’énergie électrique et les préoccupations croissantes liées à la dégradation du climat, la pression verte en faveur des sources d’énergie renouvelables (SER) augmente simultanément. La dépendance des SER comme l’énergie solaire photovoltaïque et l’énergie éolienne vis-à-vis de la nature rend la production de ces sources très intermittente. En outre, ces sources d’énergie électrique n’utilisent pas de machines synchrones pour la production. Les centrales électriques utilisant des générateurs synchrones ajoutent à l’inertie du réseau. Cependant, avec l’ajout de plus en plus de SER dans le réseau, l’inertie globale du réseau diminue progressivement et aura tendance à le faire avec l’augmentation de la part des SER dans le mix énergétique. La perte d’inertie du réseau entraîne des problèmes liés à la stabilité et à la sécurité de l’électricité. Afin d’atténuer les effets de l’augmentation de la part des SER, plusieurs services communément appelés services auxiliaires prennent de l’ampleur dans le monde entier auprès de différentes entreprises de production, de transport et de distribution d’électricité. Ces services de réseau peuvent être largement classés en services de fréquence et services de tension. Les services de fréquence sont contrôlés par le contrôle de la puissance active et les services de tension sont contrôlés par la puissance réactive. Divers travaux de recherche sont menés à l’échelle mondiale pour proposer différentes méthodes de mise en œuvre de ces services avec différents moyens. L’un de ces moyens consiste à augmenter la flexibilité du système électrique. Pour augmenter la flexibilité, les sources d’énergie conventionnelles peuvent jouer un rôle très important, cependant, en raison des contraintes physiques, toutes les centrales électriques conventionnelles ne sont pas en mesure de répondre à l’évolution rapide des demandes du réseau avec la dynamique changeante du réseau en raison de la forte pénétration des SER. Dans ce cas, les centrales hydroélectriques (HPP) peuvent être la solution la plus importante car elles sont à la fois renouvelables et capables de suivre la demande de la charge en contrôlant leur production. De plus, comme les centrales hydroélectriques fournissent de l’énergie à l’humanité depuis très longtemps, plusieurs travaux de recherche et développement ont été menés pour rendre leurs fonctionnalités et leurs opérations de plus en plus efficaces. Compte tenu du besoin croissant de flexibilité et des préoccupations climatiques, il devient impératif d’améliorer les capacités des sources de production qui sont moins polluantes et qui peuvent en même temps fournir les services souhaités. Dans cette optique, ce travail est consacré à l’amélioration de la flexibilité des centrales hydroélectriques conventionnelles en augmentant leur temps de réaction par l’amélioration de leurs taux de rampe à l’aide d’un système de stockage d’énergie (ESS). Pour atteindre cet objectif, des modèles mathématiques sont développés à la fois pour l’ESS et la HPP. Les objectifs relatifs à l’amélioration du taux de rampe sont décrits en détail. Avec ces objectifs, deux approches d’optimisation différentes sont acquises où dans l’une, seul le fonctionnement de l’ESS est optimisé pour atteindre les objectifs et dans la seconde, les opérations de l’ESS et de la HPP sont optimisées. Plusieurs scénarios ont été identifiés pour lesquels les tests doivent être effectués. De plus, pour analyser l’impact du dimensionnement du SSE, différentes tailles ont été utilisées pour chaque test. Une étude comparative est menée pour les deux méthodes et des déductions sont tirées en détail dans ce travail. Une fois le processus de simulation et l’interprétation des résultats terminés, ces derniers sont utilisés pour effectuer une expérimentation avec un Power-Hardware-In-Loop (PHIL) où un superviseur et un contrôleur sont conçus pour contrôler le circuit hydraulique physique avec les paramètres du processus de simulation. Une fois les expériences terminées, les données de la simulation et de l’expérience sont comparées et des conclusions sont tirées, indiquant la possibilité d’augmenter le taux de rampe de la centrale hydroélectrique à l’aide d’un SSE.


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