RENOUVELABLES ET INTERMITTENCE: LE STOCKAGE EN SOUTIEN MARION PERRIN

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Florentin Bordeleau
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2 CONTENU DE LA PRÉSENTATION 1. La problématique du photovoltaïque à plusieurs échelles 2. Le stockage comme solution 3. L habitat solaire 4. Les grandes centrales et le réseau électrique 5. questions principales pour l utilisation du stockage: dimensionnement choix de la technologie gestion pour la maximisation de la duré vie

3 RENOUVELABLES ET RÉSEAU Intégration massivs EnR Non prévisible Non contrôlable Intermittente Développement du véhicule électrique & nouveaux usages Dérégulation du secteur électrique qui entraine la séparation des différents business électriques 3

véhicule électrique & nouveaux usages Dérégulation du secteur

4 INTERMITTENCE DU PV ILLUSTRATION POUR MAYOTTE Possibilité de perdre plus de 70% de la puissance crête en 1min Diminution de cette probabilité par augmentation de la taille de la centrale Impact mesuré sur la fréquence en ZNI

en 1min Diminution de cette probabilité par

5 FLEXIBILITÉ & SERVICES SYSTÈMES DÉCENTRALISÉS! Sur la consommation! Sur la production! Stockage Stockage R&D Production décentralisée Tarification temps-réel Pilotags charges Coût Social Gestion de la demande Economie d énergie

6 VALEUR AJOUTÉE DU STOCKAGE 0,50!/kWh Coût du stockage Applications solaire et bâtiment Applications transport Site isolé VE et VHR Evolution graduelle 0,10!/kWh Production décentralisée 100h 10h 1h 10m 1m Faible puissance Forte puissance Temps de décharge

Applications transport Site isolé VE et VHR Evolution graduelle

7 L INSERTION DU STOCKAGE SUR LES RÉSEAUX C P T D C ESS ESS ESS ESS C Production Transmission Distribution Consommation Le stockage a une fonction transversale! Difficulté à récolter la totalité des bénéfices L optimum varie en fonction du cadre réglementaire 7/20

8 LA PROBLÉMATIQUE PV Au niveau du client final Produire son électricité Etre indépendant du tarif de l électricité " Besoin de mettre en «phase» production PV et consommation " Solution: Développement de l autoconsommation Au niveau du réseau de distribution Accueillir le PV Assurer le maintien de l approvisionnement " Besoin de gestion du plan de tension et des surcharges transformateur " Solution: Ecrêtage du PV Au niveau du réseau de transport Accueillir le PV Assurer l équilibre production/consommation " Besoin de certitudes dans la «variabilité» du PV afin de maintenir la fréquence " Solution: Réserves opérationnelles nécessaires pour apporter de «l inertie» à la production PV

gestion du plan de tension et des surcharges transformateur " Solution: Ecrêtage du PV Au niveau du réseau de transport Accueillir le PV Assurer l équilibre

9 AUTOCONSOMMATION Pourquoi vendre son électricité lorsque l on peut la consommer AUTOCONSOMMATION soi-même? - LE SYSTÈME SOL-ION Produire local, est-ce vrai aussi pour l électricité? 0,37 Figure: ScommeSolaire.com

10 AUTOCONSOMMATION LE CAS ALLEMAND 0,15 Figure: ScommeSolaire.com

11 L AUTOCONS OMMATION

12 L AUTOCONS OMMATION

13 TAUX DE COUVERTURE SOLAIRE L AUTOCONS OMMATION

14 BILAN DE L AUTOCONSOMMATION Technique: l autoconsommation et la taux de couverture solaire sont fonction: Du ratio Energie produite/energie consommée De la courb charge du consommateur (variation de 10 à 15 points) " Gestion de la demande De la capacité batterie Economique L augmentation du coût de l électricité couplée au prix dégressif du PV devrait rendre «naturelle» l apparition de l autoconsommation en France. La création de tarif de rachat PV spécifique autoconsommation peut accélérer cette tendance. Perspectives L autoconsommation ne doit pas se faire avec comme seul objectif les contraintes des consommateurs. Elle doit prendre en compte les contraintes réseau pour améliorer l insertion du PV et ses bénéfices.

rendre «naturelle» l apparition de l autoconsommation en France. La création de tarif de rachat PV spécifique autoconsommation peut accélérer cette tendance.

15 LES GRANDES CENTRALES PV : Variable Peu prévisible Peu contrôlable! Comment intégrer à grande échelle la production PV dans les réseaux électriques? " Limiter la variabilité et améliorer la contrôlabilité - Ramp montée/descente - Limiter la puissance maximale " Améliorer la prédictabilité - Fournir des indications de production au préalable (1jour à 1heure) # Centrale PV similaire à une centrale conventionelle 15

" Limiter la variabilité et améliorer la contrôlabilité - Ramp montée/descente - Limiter la puissance

16 SIMULATION ET DIMENSIONNEMENT Scheduling compute_t1_t2_pref - Prévision PV - Contraintes batterie T1 Pref T2 Operation control_ess - 3 phases: - Augmentation de P - P constant; - Réduction de P ; ESS sollicitation limitée par le systèm stockage Evaluation - Détection de pénalités 16

3 phases: - Augmentation de P - P constant; - Réduction de P ; ESS

17 DIMENSIONNEMENT TECHNICO-ÉCONOMIQUE Dimensionnement optimal et impact des incertitudes techniques et économiques : Détermination du dimensionnement technico-économique optimal avec comme indicateur de rentabilité le TRI (Taux de Rentabilité Interne), modèle P/E constants : Détermination probabiliste du dimensionnement optimal (ici 600 kwh) Impact de l incertitude liée au coût d O&M sur le dimensionnement optimal : 650 kwh pour un coût d O&M annuel de 3% du CAPEX et 500 kwh pour un coût d O&M annuel de 7% du CAPEX

P/E constants : Détermination probabiliste du dimensionnement optimal (ici 600 kwh) Impact de l incertitude liée au coût d O&M

18 TEST TERRAIN À INES

19 QUELLE TECHNOLOGIE DE STOCKAGE? Temps de réponse Puissance disponible Ratio Puissance/Energie Profondeur de décharge Duré vie Coût Maintenance prédictive/curative Impact environnemental Plomb avancé Batteries Redox NiMH/NiCd Sodium-beta Supercapacités Lithium-ion

Profondeur de décharge Duré vie Coût Maintenance

20 LSE: intelligence pour le stockage Véhicules électriques Stockage connecté réseau Systèmes autonomes 1. Caractérisation / développement de batteries (benchmarking, identification, standardisation, nouvelles technologies, capteurs innovants) 2. Modélisation des batteries (outils de simulation, outils de dimensionnement) 3. Gestion des batteries (BMS, indicateurs d état, algorithmes de charge/décharge) 4. Intégration des batteries aux réseaux (dimensionnement, indicateurs spécifiques, energy management system EMS)

innovants) 2. Modélisation des batteries (outils de simulation, outils de dimensionnement) 3.

21 Familles de batteries au Lithium Historique Développement des batteries au Lithium Début des années Batteries Lithium-métal Commercialisées au début des années 80 Problèm performances et de sécurité 2. Batteries Lithium-ion Commercialisées au début des années Batteries Lithium-métal polymère Développées par le Gorupe Bolloré (BatScap)

22 Familles de batteries au Lithium Batteries Lithium-ion Négative Positive Li-ion picture: courtesy of Prof. M. Winter

23 Performances en endurance 2 types de vieillissement " en usage, mais aussi au repos! Vieillissement en cyclage (= mode roulage) Vieillissement au repos (= mode parking) 80 à 95 % du temps d utilisation d un véhicule! CONFIDENTIEL CEA 23

24 Performances en endurance Performances en vieillissement en cyclage Résultats de cyclage à 25 C CONFIDENTIEL CEA 24

25 Performances en endurance Performances en vieillissement calendaire Résultats de calendaire à T=60 C, SOC=100 CONFIDENTIEL CEA 25

26 Résultats de simulation : Impact de la gestion sur la duré vie Simulation de l impact du calendaire dans 4 cas : - SOC100 et Tamb. ARIZONA, avec et sans gestion thermique* - SOC80 et Tamb. ARIZONA, *T" 30 C

27 EN CONCLUSION Le stockage permet l intégration plus massivs ENR dans les réseaux (et le développement des véhicules électriques) Les points critiques sont: La localisation Le choix de la technologie Le dimensionnement Les modèles d affaires du stockage sont en pleine mutation La gestion du moyen de stockage est primordiale pour maximiser sa duré vie

28 Merci de votre attention 28

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