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WO2024074391A1 - Procédé d'alimentation d'un réseau énergétique - Google Patents

Procédé d'alimentation d'un réseau énergétique Download PDF

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WO2024074391A1
WO2024074391A1 PCT/EP2023/076866 EP2023076866W WO2024074391A1 WO 2024074391 A1 WO2024074391 A1 WO 2024074391A1 EP 2023076866 W EP2023076866 W EP 2023076866W WO 2024074391 A1 WO2024074391 A1 WO 2024074391A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
energy
network
supplied
period
source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2023/076866
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English (en)
Inventor
Maxime Laurent
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TotalEnergies Onetech SAS
Original Assignee
TotalEnergies Onetech SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TotalEnergies Onetech SAS filed Critical TotalEnergies Onetech SAS
Priority to EP23790241.6A priority Critical patent/EP4599387A1/fr
Publication of WO2024074391A1 publication Critical patent/WO2024074391A1/fr
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means

Definitions

  • the invention relates to the energy supply of an energy network by means of an intermittent energy source and an energy storage system.
  • the electricity network manager requires, from the operators of energy plants located on the network, commitments concerning the amount of energy that the plants plan to supply to the network over predetermined periods of time during a day, so that the manager can have a forecast of the energy that will be available at each moment on the network.
  • Each operator must then respect its commitments, by providing the network with the quantity of energy to which it has committed over each planned period of time during the day.
  • an intermittent power source such as solar power
  • the energy supplied to the power grid depends entirely on the availability of that power source, making it difficult to keep commitments without resorting to other means.
  • a storage system such as batteries, is associated with the intermittent energy source to store part of the energy from the intermittent energy source and to discharge it into the electrical network at appropriate times.
  • a solution from the state of the art is to unload the storage system as often as necessary, if the intermittent energy source is not sufficient, to so that at each moment the quantity of energy supplied to the network by the plant is equal to the quantity of energy to which the plant is committed over the current period of time.
  • a disadvantage of this strategy is that it places enormous demands on the storage system for its unloading.
  • the storage system wears out, it becomes less efficient, or even needs to be replaced.
  • a storage system is only guaranteed by its manufacturer for a certain number of charges and discharges, a number beyond which any incident exposes the plant operator to uninsured damage.
  • the invention aims in particular to make it possible to supply a predetermined quantity of energy to an energy network, by means of an intermittent energy source, while limiting the unloading of an energy storage system as much as possible.
  • the subject of the invention is a method of supplying energy to an energy network, comprising, to supply the network by means of an intermittent energy source and an energy storage system, the following steps:
  • the method comprises, before the step of supplying energy in the network, a step of determining an energy power to be supplied by the intermittent source, based on the optimal quantity of energy and not on the quantity of minimal energy.
  • the power setpoint aims to use the intermittent source alone to try to achieve the optimal amount of energy at the future time.
  • the method comprises a step of supplying, in the network, energy from the source of intermittent energy and energy from the storage system by discharging the storage system.
  • the storage system is therefore used only in the case where it is identified that, in the future, the quantity of energy risks being lower not than the optimal quantity of energy but the minimum quantity of energy to be supplied. to the network.
  • the method comprises a step of determining an energy power to be supplied from the intermittent energy source and from the discharge of the storage system, based on the minimum amount of energy to be achieved and not on the optimal amount of energy.
  • the steps of determining the optimal quantity of energy and the minimum quantity of energy are implemented at the start of the period of time and in advance for each instant of the period of time, while the step of determining the hypothetical quantity of energy is implemented at regular intervals during this period of time by considering a quantity of past energy supplied to the network since the beginning of this period.
  • the quantities to be respected are defined once and for all at the start of the period of time, then we gradually define the power instructions to be supplied to the network according to the situation with regard to these objectives.
  • the method comprises, to determine the minimum and optimal quantities of energy at the start of the period of time and for each moment of this period, a step of constructing an affine line corresponding to the quantity of minimum energy at during this period and another affine line corresponding to the optimal quantity of energy during this period.
  • these lines correspond to what would be quantities of energy supplied in a perfectly linear manner, that is to say in accordance with a constant power.
  • the quantity of energy actually transmitted must be located at each moment between these lines to be close to the optimum and never below the minimum, so as to avoid excessive underproduction penalizing an operator, but while tolerating a certain underproduction to avoid too regular discharges from the storage system.
  • the process comprises the following steps:
  • the method comprises, to determine the energy power to be supplied to the network by the intermittent source, the following steps:
  • the maximum quantity of energy also comes from an affine line constructed at the start of the time period.
  • the hypothetical quantity of energy depends on the power available at a present moment from the intermittent energy source.
  • the hypothetical quantity of energy is determined by considering that this available power will remain available for a predetermined time interval.
  • an installation for supplying energy to an energy network comprising an intermittent energy source and an energy storage system configured to implement the method described above.
  • the energy being electricity and the network being an electrical network
  • the source comprises at least one photovoltaic panel and/or a wind turbine
  • the storage system comprises at least one of the following elements:
  • a battery preferably of the lithium-ion type
  • a computer program comprising instructions which, when the program is executed by a computer, lead it to implement the steps of the method described above.
  • a computer-readable recording medium comprising instructions which, when executed by a computer, lead it to implement the steps of the method described above.
  • FIG. 1 is a diagram of an energy supply installation according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a flowchart of an energy supply process according to one mode of implementation of the invention.
  • FIG. 3 is a graph illustrating a mode of implementation of the invention.
  • FIG. 4 is a graph illustrating a mode of implementation of the invention.
  • FIG. 5 is a graph illustrating a mode of implementation of the invention.
  • FIG. 6 is a graph illustrating one mode of implementation of the invention.
  • intermittent energy means energy whose availability varies over time without the possibility of control. This is for example the case of solar energy, available only during the day and depending on the clarity of the sky, or wind energy, available only in the presence of wind.
  • intermittent energy source a system or device capable of providing energy whose flows correspond to the possible capture of this intermittent energy.
  • this concerns in particular photovoltaic panels, which are capable of providing electrical energy corresponding to the solar energy flows received on the panels. It can also be a wind turbine, capable of providing electrical energy corresponding to the air flows received. Any intermittent energy source corresponding to this definition according to those skilled in the art is possible.
  • FIG. 1 shows a power supply installation 1 for an electrical network 2, that is to say an electrical power plant. It will be referred to indifferently as “installation” or “central” 1.
  • This power plant 1 includes a series of photovoltaic panels 3 and a series of 4 lithium-ion batteries for electrical energy storage.
  • the panels 3 form an intermittent source of energy and the batteries 4 an energy storage system.
  • This source 3 and this storage system 4 are connected to each other, the source 3 being able to transmit energy to the system 4.
  • This source 3 and this storage system 4 are also connected to the electrical network 2 to provide electricity there. .
  • the panels 3 are configured to transmit, upon instruction, to the electrical network 2 or to the batteries 4, electrical energy corresponding to the maximum of the solar energy flows that can be processed in real time by the panels, and the batteries 4 are configured to store energy coming from these panels 3, up to a predetermined maximum quantity of energy, and to discharge all or part of this energy into the electrical network 2, on setpoint.
  • this source 3 and this system 4 are connected to computer means 5 comprising in particular a database 6 and two computer modules 7 and 8.
  • computer module we designate one or more computer programs, recorded on a non-illustrated, computer-readable recording medium intended to ensure predetermined functionality.
  • These means are connected to network 2, in particular to collect network consumption data in real time.
  • the database 6 contains all the data necessary for the operation of modules 7 and 8, in particular the energy, meteorological, tariff, or regulatory data which will appear adequate to those skilled in the art, in particular for the implementation of the process 100 described below.
  • Module 7 is a planning module. It is responsible for determining what quantity of energy, or what average energy power, is to be supplied to the electrical network 2 by the source 3 over predetermined periods of time, based on prior commitments from the operator of the installation 1 but also evolving data such as available energy, electricity payment rates, network consumption, etc. It is put in works in particular every fifteen minutes in order to optimize the electricity supply to the network. This module is not the subject of this request.
  • Module 8 is the object of the request, it is the instruction module. It aims to instruct, every five seconds, the source 3, the system of 4 or both to supply, to the network 2, a determined power of energy, or to the source 3 to supply to the system 4 a power of energy determined to store it.
  • the specific objective of module 8 is to make it possible to respect an objective of quantity of energy or average power to be supplied to the electrical network 2, objective determined by module 7 for different predetermined periods of time.
  • the particularity of this module 8 is that it also aims to avoid as many unloadings as possible from the storage system 4 within the network 2, in order to reduce the wear and tear of the system 4, while meeting the energy supply objectives. to network 2. This module 8 and the way in which this optimization is carried out will be described in more detail below.
  • the computing means 5 also present, even if they are not illustrated, all the characteristics allowing the proper functioning of the modules 7 and 8 associated with the database 6, in particular at least one processor, a memory, interaction means with a user to possibly modify parameters of modules 7 and 8, or even telecommunications means on a communications network.
  • electrical network 2 we designate an electricity transport and distribution network. In particular, we designate a network of large geographic scope, that is to say applying to one or more cities, or even to a region or a country. In general, the invention applies to any energy transport and distribution network of this magnitude.
  • the manager of the electricity network 2 requires the operator of the installation 1 to provide in advance the quantities of energy that it undertakes to supply to the network 2 during a day, per period of ten minutes.
  • the network manager has predictability of the quantity of energy which will be available at the end of each of these periods throughout the day on this network.
  • the duration of the commitment time period here ten minutes, can be different.
  • operator 1 During the production day, operator 1 ensures that it respects its commitments, that is to say, supplies electricity network 2, over each commitment time period, through source 3 and the storage system 4, the quantity of energy committed for this period. If the amount of energy it provides over a period of time is less than the quantity at which he is committed, he is financially penalized by the manager. If the quantity of energy produced is greater than his commitment, he is not paid for this surplus by the manager and therefore suffers a shortfall.
  • module 7 identifies, throughout the day, as mentioned above, energy supply objectives re-evaluated every fifteen minutes, based on available data, in particular the current weather forecast and forecasts. short-term meteorological conditions. For example, module 7 can determine that it is preferable to provide less energy than expected to network 2 for a few minutes and store this energy in system 4, even if it means receiving a slight financial penalty for the period d current commitment, in order to anticipate significant unavailability of energy during a future period and therefore to avoid a heavier financial penalty at that time.
  • module 7 provides module 8 with an average power objective to be supplied to the electrical network during predetermined periods of time. These periods of time correspond to the commitment periods, but can alternatively correspond to other predetermined periods of time, the final objective being to respect the average powers to be provided during the commitment periods.
  • an average power it could be a quantity of energy, a quantity of energy corresponding to a power supplied for a certain duration. An average power to be supplied over a period therefore corresponds to a determined quantity of energy supplied throughout this period.
  • the input data available to the module 8 are in particular this average energy power to be supplied during each period of time or the quantity of energy to be supplied during this period, the power available from the source 3 at each moment, and the state of the load of system 4 at any time.
  • the output data from this module 8 is an energy supply instruction to source 3 intended for network 2 or system 4 (supply called in this case "load"), and a possible discharge instruction from system 4 to the network 2, so as to reach the average power to be supplied during the predetermined period.
  • step 101 the means construct on a diagram, visible in Figure 3, having as abscissa a duration and as ordinate a quantity of energy, an affine line 11 representing the optimal quantity of energy to be supplied to the electrical network 2 throughout this period of time.
  • optimal quantity of energy we designate the quantity of energy that should be provided at each moment of the period in a perfectly linear manner to meet the average power objective. In other words, it is the quantity of energy resulting from a constant power supplied at each moment and making it possible to achieve the assigned objective.
  • the end point 12 of the line 11 therefore corresponds to the quantity of energy to be supplied at the end of this period.
  • the optimal quantity of energy to be supplied during this period corresponds to this average power multiplied by the duration of the period, as follows:
  • Epian is the optimal quantity of energy to have supplied to network 2 between the start of the period and a precise moment, tfj n the last moment of this period, therefore corresponding to the total duration of the period of time, P pian la average power to be supplied during this period, determined by module 7. This is the ordinate of end point 12.
  • the initial point 13 of this line 11 corresponds to the average power to be supplied over this period multiplied by a duration of 30 seconds.
  • the objective is thus to place the initial point 13 at a slightly positive ordinate.
  • the effect of this upward movement of the initial point 13 is to encourage the sending of an energy power instruction higher than necessary at the start of the time period, so as to get ahead in the event of unavailability of intermittent energy later, for example in the event of a passing cloud.
  • the average power is negative - this is the case of underdrawing -, the initial point is placed at 0.
  • the ordinate E pian (0) of this initial point 13 corresponds to the following formula:
  • the straight line 11 thus constructed, between the initial point and the final point, makes it possible to have the optimal quantity of energy which must theoretically be supplied at each moment to the network 2 by the installation 1 since the start of the period of time, if this supply was perfectly linear.
  • the means construct an affine line 14 representing the so-called “minimum” quantity of energy to be supplied to the network throughout this period of time.
  • minimum we designate a quantity less than the optimal quantity of energy, making it possible to tolerate a part of momentary underproduction of energy in anticipation of greater availability of energy from source 3 subsequently.
  • the means determine two values. First, they identify the minimum average power that it is possible to supply to the electrical network 2 over this predetermined period of time without suffering an underproduction penalty. To do this, they are based on regulatory data from database 6 and deduce the average commitment power over the period, P ann , to which the operator is required, and subtract a value representing 5% of the power installed on the power plant 1.
  • the installed power is a known value, recorded in the database 6. They determine a second value resulting from the average power objective P pian provided by the module 7, from which a value representing again is subtracted. 5% of the electrical power installed on plant 1.
  • the means compare these two values and select the lower one. The latter is multiplied by the duration of the predetermined period of time, forming the ordinate of the end point 15 of this line 14 corresponding to the “minimum” quantity of energy to be supplied to the network.
  • the ordinate of this point corresponds to the following formula:
  • Emin is therefore the minimum quantity of energy to have supplied to network 2 between the start of the period and a specific moment
  • Psousprod is the average power that it is possible to provide at the minimum without underproduction penalty
  • kWc is the installed power of plant 1.
  • the means multiply the theoretical average power to be provided by a duration of 30 seconds, and invert this value to make it negative. Placing this initial point 16 below 0 makes it possible to tolerate a certain underproduction at the start of the time period. If the average power to be supplied from module 7 is negative, this initial point is at 0.
  • Emi (0) min(- P plan * 30s, 0).
  • the straight line 14 connecting the initial point 16 and the final point 15 therefore represents the minimum quantity of energy which must have been supplied to the network at least at each moment since the start of the period of time to remain close to the optimal quantity while tolerating momentary underproduction.
  • step 103 the means construct an affine line 17 representing the so-called “maximum” quantity of energy to be supplied to the network throughout this period of time. Above this curve, electricity network 2 would be considered overpowered.
  • the means identify, thanks to the regulatory data from base 6, the maximum power that it is possible to provide without overproduction penalty: this is the average commitment power P ann at which we adds 4% of the installed power kWp. This value is multiplied by the duration of the period of time, i.e. ten minutes, forming the ordinate of the end point 18 of this line 17.
  • Emax is therefore the maximum quantity of energy to be supplied to network 2 between the start of the period and a specific instant
  • P an n + 4% * kWc is the average power that it is possible to supply to the network as a maximum 2 without overproduction penalty.
  • the initial point 19 of the line 17 is determined by multiplying the 4% of the power value of the installation 1 by the duration tfj n of the period of time and by the number 3, according to the following formula:
  • this formula results in a strongly positive initial value.
  • this line 17 allows the choice of a setpoint for the power sent by source 3 to network 2.
  • unclipping we mean the opposite operation of “clipping” or “clipping” consisting of limiting the power of the panels.
  • the means have thus constructed the three straight lines which will be useful following the process.
  • Steps 104 and following are then implemented, starting from the point of abscissa 0, that is to say at the initial instant of the predetermined period of time, then at regular intervals, in this case every five seconds, until the end of the time period.
  • step 104 the aim is to predict what would be the quantity of hypothetical future energy Efutur which will have been supplied to network 2 since the start of the period of time, at a determined future instant.
  • this duration tfutur located between the present moment t and the future moment, at 60 seconds.
  • the means are based on the quantity of energy E res already supplied to the network since the start of the period of time and on the power available to the panels 3 at the present time t, so that this hypothetical quantity corresponds to the following formula:
  • Pp V represents the available power from the intermittent energy source 3 at a precise time, in space at the present time t.
  • this hypothetical quantity of energy which could be supplied to network 2 by installation 1 at a future time, could be determined according to other formulas known to those skilled in the art.
  • the tfuture duration could be configured to be different than 60 seconds.
  • step 105 the means compare this value to the minimum quantity of energy associated with the determined future instant.
  • the means places the Future point on the graph and determines whether it is located above or on the affine line 14 at that future time. This comparison thus amounts to comparing Efutur and E m in (t+tfutur).
  • step 106 the means set an objective of the quantity of energy to be achieved based on the result of this comparison.
  • the means set the objective of achieving the optimal quantity of energy planned at this future instant, i.e. E pian (t+tfutur), and this without using the storage system 4.
  • E pian i.e. E pian (t+tfutur)
  • this means that the objective to be achieved is the line 11, and this without unloading the storage system.
  • the means assign to the variable Eobjective the quantity Emin (t+tfutur), in other words the line 14, and authorize the discharge of batteries 4 in network 2.
  • Emin (t+tfutur) the means assign to the variable Eobjective the quantity Emin (t+tfutur), in other words the line 14, and authorize the discharge of batteries 4 in network 2.
  • the hypothetical quantity of energy at the future instant is greater than or equal to the line 14, the means assign the line 11 to the objective without authorizing the use of the batteries 4 to discharge energy into the network. This system 4 is therefore saved.
  • the means aim at the line 14 by authorizing the use of the storage system 4 to discharge energy into the network in order to to try to reach, at the future instant, this line 14.
  • step 107 the means determine the powers which should be supplied by the source 3 and/or the storage system 4 to the electrical network 2 to meet the assigned objective, that is to say either to reach the right 14, or to reach the right 11.
  • the means first determine the power P res that should theoretically be supplied to the network 2 at the present time t depending on the average quantity of energy assigned as an objective by the module 7 and the quantity of energy already provided in the past, according to the following formula:
  • the means determine the power that should theoretically be obtained from the storage system 4 or, on the contrary, stored in the storage system 4, depending on the theoretical power P res to be supplied to the network and the available power P pv at the present moment t from source 3, in the following way:
  • step 108 the means determine the power instructions to be applied as a function of the theoretical powers calculated in step 107 and as a function of whether or not the discharge of the storage system is authorized in the electrical network 2.
  • the means determine the maximum power P m ax that it is possible to supply to network 2 between now and the future instant, by means of the affine line 17 whose ordinate at the future instant is known, that is, that is to say by means of the maximum quantity of energy which could have been supplied to the network by the future moment, and also by means of the quantity of energy E res supplied to the network since the beginning of the period and until the present moment t.
  • This maximum power therefore corresponds to the following formula: [Math 10]
  • the means determine the power instructions to be transmitted by the intermittent energy source 3 to the network 2 or to the storage batteries 4, the possible discharge instruction of the storage system 4 in the network 2 or the possible discharge instruction. charge.
  • Pbat(t) If Pbat(t) is positive, there are two cases depending on whether the discharge is authorized or not. Let us first deal with the case where the discharge was not authorized in step 106. In this case, the storage system 4 receives instructions not to transmit any power to the electrical network 2. For its part, the instruction to power to be supplied by source 3 to network 2 is limited to a maximum of P m ax(t) so as not to overpower network 2.
  • the storage system 4 is instructed to transmit the energy power Pbat(t) to the electrical network 2.
  • the source 3 is instructed to transmit to the network 2 the rest of the power, respecting a maximum equal to P m ax(t) - Pbat(t) so as not to overpower network 2.
  • the power P m ax(t) is transmitted to the network electric 2, part of this power coming from the batteries 4 with the power Pbat(t), part coming from source 3 with the available power coming from this source, limited by the maximum value P max(t)-Pbat(t ).
  • steps 104 to 108 are repeated every five seconds, until the end of the predetermined period of time.
  • power and limit instructions are sent to source 3 and possibly to storage system 4, to supply electrical network 2.
  • this five second interval can be configured to be different.
  • the duration tfutur fixed at 60 seconds is reduced second by second up to a predetermined minimum duration so that steps 104 to 108 can continue to be implemented at closer to the end of this period of time.
  • the smaller this minimum duration at the end of the period the more we ensure that we achieve the objective of the quantity of energy set for the entire period of time, but the more we increase the fluctuation of power injected into the network.
  • the period tfutur can generally be set to a duration other than 60 seconds.
  • Steps 101 to 108 are then implemented for the following predetermined period.
  • Curve 22 represents the quantity of energy supplied to the electrical network 2 until this present moment t, since the start of this period of time.
  • Point 20 is the point corresponding to the quantity supplied up to this time t.
  • Point 21 represents the hypothetical quantity of energy at the future instant determined in step 104, that is to say for the instant t+tfutur where tfutur is equal to 60 seconds.
  • the storage system 4 is charged with power energy Pbat(t) from source 3, and this same source supplies the electrical network 2 with the rest, limiting this power so as not to exceed the line 17
  • the arrows drawn indicate the setpoint 24 allowing the batteries 4 to be charged while reaching the curve 11, and the setpoint 25 sets the maximum power not to be exceeded in the supply of the network 2 so as not to exceed the curve 17.
  • the quantity of energy actually supplied to the electrical network 2 by the source 3 and possibly the system of storage 4 forms a curve 22 evolving between the straight lines 14 and 11 corresponding respectively to the minimum quantity of energy to be supplied and to the optimal quantity of energy, desired, to be supplied to the network 2.
  • a certain momentary underproduction is tolerated, controlled by predicting the hypothetical quantity of energy which could be supplied in the future. We therefore limit the unloading of the storage system while approaching as closely as possible the optimal quantity of energy to be supplied to the electrical network over a predetermined period.
  • each predetermined period of time can correspond to a commitment period for which the operator has committed to providing a specific quantity of energy to the network.
  • a period of time can also be a sub-period of a commitment period or an accumulation of commitment periods.
  • the method to an installation comprising other types of intermittent energy, such as wind energy, and other types of storage system, such as other types of battery, a flywheel, a supercapacitor, an electrolyser or even a fuel cell.
  • other types of intermittent energy such as wind energy
  • other types of storage system such as other types of battery, a flywheel, a supercapacitor, an electrolyser or even a fuel cell.

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Abstract

L'invention concerne un procédé (100) d'alimentation énergétique d'un réseau d'énergie (2), comprenant, pour alimenter le réseau (2) au moyen d'une source d'énergie intermittente (3) et d'un système de stockage d'énergie (4), les étapes suivantes : - détermination (101) d'une quantité optimale d'énergie à fournir au réseau d'ici un instant futur prédéterminé; - détermination (102) d'une quantité minimale d'énergie qui devrait être fournie au réseau d'ici l'instant futur, cette quantité minimale étant inférieure à la quantité optimale d'énergie; - prévision (104) d'une quantité d'énergie hypothétique qui pourrait être fournie au réseau d'ici un instant futur en faisant l'hypothèse d'une absence de décharge dans le réseau, d'ici cet instant futur, d'énergie issue du système de stockage; - dans le cas où la quantité d'énergie hypothétique déterminée est supérieure ou égale à la quantité d'énergie minimale à fournir au réseau à l'instant futur, fourniture (108) d'énergie dans le réseau uniquement à partir de la source d'énergie intermittente, sans décharge du système de stockage. Figure pour l'abrégé : pas de figure

Description

Description
Titre de l’invention : Procédé d’alimentation d’un réseau énergétique
L’invention concerne l’alimentation énergétique d’un réseau d’énergie au moyen d’une source d’énergie intermittente et d’un système de stockage d’énergie.
Dans certaines conditions, en particulier dans des réseaux énergétiques isolés tels que les réseaux électriques situés sur des îles, le gestionnaire électrique du réseau exige, des exploitants de centrales énergétiques situés sur le réseau, des engagements concernant la quantité d’énergie que les centrales prévoient de fournir au réseau sur des périodes de temps prédéterminées au cours d’une journée, de manière à ce que le gestionnaire puisse disposer d’une prévision de l’énergie qui sera disponible à chaque instant sur le réseau. Chaque exploitant doit ensuite respecter ses engagements, en fournissant au réseau la quantité d’énergie à laquelle il s’est engagé sur chaque période de temps prévue au cours de la journée. Cependant, pour une centrale énergétique fabriquant de l’énergie uniquement au moyen d’une source d’énergie intermittente, telle que l’énergie solaire, l’énergie fournie au réseau électrique dépend entièrement de la disponibilité de cette source d’énergie, de sorte qu’il est difficile de tenir les engagements sans faire appel à d’autres moyens. En particulier, on associe à la source d’énergie intermittente un système de stockage, tel que des batteries, pour stocker une partie de l’énergie issue de la source d’énergie intermittente et pour la décharger dans le réseau électrique aux moments opportuns.
Pour décider de la consigne de déchargement du système de stockage dans le réseau, une solution de l’état de la technique est de décharger le système de stockage aussi souvent que nécessaire, si la source d’énergie intermittente n’est pas suffisante, de manière à ce qu’à chaque instant la quantité d’énergie fournie au réseau par la centrale soit égale à la quantité d’énergie à laquelle la centrale est engagée sur la période de temps en cours.
Un inconvénient de cette stratégie est qu’elle sollicite énormément le système de stockage pour son déchargement. Le système de stockage s’use, il devient moins performant, voire doit être remplacé. Corollairement, un système de stockage n’est garanti par son fabricant que pour un certain nombre de charges et décharges, nombre au-delà duquel tout incident expose l’exploitant de la centrale à des dommages non assurés.
L'invention a notamment pour but de permettre de fournir une quantité d’énergie prédéterminée à un réseau énergétique, au moyen d’une source d’énergie intermittente, tout en limitant au maximum les déchargements d’un système de stockage d’énergie. À cet effet l’invention a pour objet un procédé d’alimentation énergétique d’un réseau d’énergie, comprenant, pour alimenter le réseau au moyen d’une source d’énergie intermittente et d’un système de stockage d’énergie, les étapes suivantes :
- détermination d’une quantité optimale d’énergie à fournir au réseau d’ici un instant futur prédéterminé;
- détermination d’une quantité minimale d’énergie qui devrait être fournie au réseau d’ici l’instant futur, cette quantité minimale étant inférieure à la quantité optimale d’énergie ;
- prévision d’une quantité d’énergie hypothétique qui pourrait être fournie au réseau d’ici un instant futur en faisant l’hypothèse d’une absence de décharge dans le réseau, d’ici cet instant futur, d’énergie issue du système de stockage;
- dans le cas où la quantité d’énergie hypothétique déterminée est supérieure ou égale à la quantité d’énergie minimale à fournir au réseau à l’instant futur, fourniture d'énergie dans le réseau uniquement à partir de la source d'énergie intermittente, sans décharge du système de stockage.
Ainsi, on considère une valeur optimale et une valeur minimale de quantité d’énergie à fournir au réseau et, même si la prévision de la quantité d’énergie hypothétique indique une quantité fournie qui risque d’être inférieure à la quantité d’énergie optimale à l’instant futur, on ne décharge pas le système de stockage tant que cette quantité d’énergie hypothétique est supérieure à la valeur minimale prédéterminée, en attendant l’évolution de la situation. De cette façon, on retarde une éventuelle décharge du système de stockage à un instant ultérieur, instant ultérieur où soit l’on déclenchera la décharge dans une situation restant acceptable, soit la source intermittente d’énergie fournira de nouveau une quantité d’énergie suffisamment élevée pour atteindre la quantité d’énergie souhaitée, optimale, fournie au réseau sans qu’on n’ait eu à utiliser le système de stockage. En d’autres termes, plutôt que d’utiliser le système de stockage dès que la quantité d’énergie transmise au réseau en cours est inférieure à une quantité prévue, on anticipe quelle sera l’évolution future de la quantité transmise en fonction des conditions présentes et, si cette évolution future n’est pas déraisonnable, on n’utilise pas le système de stockage et on laisse ainsi une chance à la source intermittente de fournir à nouveau suffisamment d’énergie le moment venu, de manière à respecter la prévision en moyenne. Grâce à la quantité minimale à respecter et à ce pilotage anticipé de la quantité fournie au réseau, on économise donc le système de stockage tout en optimisant la transmission d’énergie au réseau.
Suivent d’autres caractéristiques optionnelles prises seules ou en combinaison.
Avantageusement, le procédé comprend, avant l’étape de fourniture d’énergie dans le réseau, une étape de détermination d’une puissance énergétique à fournir par la source intermittente, fondée sur la quantité d’énergie optimale et non sur la quantité d’énergie minimale. Ainsi, étant donné que la quantité d’énergie hypothétique est supérieure à la quantité minimale à fournir au réseau à l’instant futur, on vise la quantité d’énergie optimale pour cet instant futur et ce sans décharge du système de stockage. En d’autres termes, la consigne de puissance vise à utiliser la source intermittente seule pour essayer d’atteindre la quantité d’énergie optimale à l’instant futur.
De préférence, dans le cas où la quantité d’énergie hypothétique est inférieure à la quantité d’énergie minimale à fournir au réseau à l’instant futur, le procédé comprend une étape de fourniture, dans le réseau, d’énergie à partir de la source d’énergie intermittente et d’énergie à partir du système de stockage en déchargeant le système de stockage.
Ainsi, dans ce cas, on autorise la décharge du système de stockage dans le réseau d’énergie. On utilise donc le système de stockage uniquement dans le cas où il est identifié que, dans le futur, la quantité d’énergie risque d’être inférieure non pas à la quantité d’énergie optimale mais à la quantité d’énergie minimale à fournir au réseau. Ainsi, plutôt que d’utiliser le système de stockage à tout moment, on l’utilise uniquement dans ce cas afin d’éviter une quantité d’énergie s’éloignant trop de la trajectoire énergétique souhaitée.
Dans ce cas, avantageusement, avant l’étape de fourniture d’énergie, le procédé comprend une étape de détermination d’une puissance énergétique à fournir à partir de la source d’énergie intermittente et à partir de la décharge du système de stockage, fondée sur la quantité d’énergie minimale à atteindre et non sur la quantité d’énergie optimale.
Ainsi, on souhaite dans ce cas atteindre à l’instant futur la quantité minimale et non la quantité optimale. De cette façon, on évite de décharger trop fortement le système de stockage.
Avantageusement, en considérant une période de temps prédéterminée, les étapes de détermination de quantité optimale d’énergie et de quantité minimale d’énergie sont mises en œuvre au début de la période de temps et par avance pour chaque instant de la période de temps, tandis que l’étape de détermination de la quantité d’énergie hypothétique est mise en œuvre à intervalles réguliers au cours de cette période de temps en considérant une quantité d’énergie passée fournie au réseau depuis le début de cette période.
Ainsi, les quantités à respecter sont définies une fois pour toutes au début de la période de temps, puis on définit au fur et à mesure les consignes de puissance à fournir au réseau en fonction de la situation vis-à-vis de ces objectifs.
De préférence, le procédé comprend, pour déterminer les quantités d’énergie minimale et optimale au début de la période de temps et pour chaque instant de cette période, une étape de construction d’une droite affine correspondant à la quantité d’énergie minimale au cours de cette période et d’une autre droite affine correspondant à la quantité d’énergie optimale au cours de cette période. Ainsi, ces droites correspondent à ce que seraient des quantités d’énergie fournies de façon parfaitement linéaire, c’est-à-dire conformément à une puissance constante. La quantité d’énergie réellement transmise doit être située à chaque instant entre ces droites pour être proche de l’optimum et jamais en-dessous du minimum, de manière à éviter une trop forte sous-production pénalisant un exploitant, mais en tolérant une certaine sous-production pour éviter des décharges trop régulières du système de stockage.
Avantageusement, au préalable des premières étapes exposées, le procédé comprend les étapes suivantes :
- détermination de la quantité d’énergie optimale à fournir au réseau en fonction d’un engagement préalable de fourniture d’une quantité d’énergie au réseau sur une période de temps prédéterminée,
- détermination de la quantité minimale d’énergie qui devrait être atteinte en fonction d’une puissance moyenne énergétique permettant l’absence de pénalité financière de sous- fourniture d’énergie sur le réseau ou en fonction de la quantité optimale d’énergie diminuée d’une valeur prédéterminée.
Ainsi, ces quantités sont basées sur des exigences règlementaires associées à l’exploitation d’un réseau d’énergie et optimisées pour respecter ces exigences.
De préférence, le procédé comprend, pour déterminer la puissance énergétique à fournir au réseau par la source intermittente, les étapes suivantes :
- détermination d’une quantité maximale d’énergie à fournir au réseau à l’instant futur, supérieure à la quantité optimale et au-delà de laquelle le réseau serait considéré comme suralimenté ;
- détermination de la puissance énergétique à transmettre par la source intermittente fondée sur la quantité maximale d’énergie.
Ainsi, on détermine également une puissance maximale à ne pas dépasser, en particulier sur la base de données règlementaires ou techniques, et on détermine la puissance fournie par la source intermittente sur cette base. En particulier, on détermine la puissance maximale à ne pas dépasser par la source d’énergie intermittente.
Avantageusement, la quantité maximale d’énergie est également issue d’une droite affine construite au début de la période de temps.
On utilise donc trois droites affines pour déterminer les consignes de puissances à réaliser au cours de la période de temps.
De préférence, la quantité d’énergie hypothétique dépend de la puissance disponible à un instant présent issue de la source d’énergie intermittente.
Ainsi, la quantité d’énergie hypothétique est déterminée en considérant que cette puissance disponible le restera pendant un intervalle de temps prédéterminé. On prévoit également selon l’invention une installation de fourniture d’énergie à un réseau d’énergie, comprenant une source d’énergie intermittente et un système de stockage d’énergie configurés pour mettre en œuvre le procédé décrit précédemment.
Avantageusement, l’énergie étant de l’électricité et le réseau étant un réseau électrique, la source comprend au moins un panneau photovoltaïque et/ou une éolienne et le système de stockage comprend l’un au moins des éléments suivants :
- une batterie, de préférence de type lithium-ion ;
- un volant d’inertie ;
- une super-capacité ;
- un électrolyseur ;
- une pile à combustible.
On prévoit également selon l’invention un programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre les étapes du procédé décrit précédemment.
On prévoit également selon l’invention un support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre les étapes du procédé décrit précédemment.
Brève description des figures
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
[Fig. 1] est un schéma d’une installation d’alimentation énergétique selon un mode de réalisation de l’invention ;
[Fig. 2] est un logigramme d’un procédé d’alimentation énergétique selon un mode de mise en œuvre de l’invention;
[Fig. 3] est un graphique illustrant un mode de mise en œuvre de l’invention;
[Fig. 4] est un graphique illustrant un mode de mise en œuvre de l’invention;
[Fig. 5] est un graphique illustrant un mode de mise en œuvre de l’invention; et
[Fig. 6] est un graphique illustrant un mode de mise en œuvre de l’invention.
Description détaillée
Dans la demande, on désigne par « énergie intermittente » une énergie dont la disponibilité varie au cours du temps sans possibilité de contrôle. C’est par exemple le cas de l’énergie solaire, disponible seulement en journée et en fonction de la clarté du ciel, ou de l’énergie éolienne, disponible uniquement en présence de vent. On désigne donc par « source d’énergie intermittente » un système ou dispositif apte à fournir une énergie dont les flux correspondent à la captation possible de cette énergie intermittente. Il s’agit notamment dans l’exemple qui suit de panneaux photovoltaïques, qui sont aptes à fournir une énergie électrique correspondant aux flux d’énergie solaire reçus sur les panneaux. Il peut également s’agir d’une éolienne, apte à fournir une énergie électrique correspondant aux flux d’air reçus. Toute source d’énergie intermittente correspondant à cette définition selon l’homme du métier est envisageable.
On a représenté sur la figure 1 une installation 1 d’alimentation électrique d’un réseau électrique 2, c’est-à-dire une centrale d’alimentation électrique. On la désignera indifféremment par « installation » ou « centrale » 1. Naturellement, on a schématisé uniquement les éléments nécessaires à la compréhension de l’invention. Cette centrale 1 comprend une série de panneaux photovoltaïques 3 et une série de batteries 4 ion-lithium de stockage d’énergie électrique. Les panneaux 3 forment une source intermittente d’énergie et les batteries 4 un système de stockage d’énergie. On désignera donc les panneaux photovoltaïques 3 indifféremment par le terme de « panneaux », de « source », ou de « source d’énergie intermittente » 3, et on désignera indifféremment les batteries ion-lithium 4 par le terme de « batteries », de « système » ou de « système de stockage » 4.
Cette source 3 et ce système de stockage 4 sont connectés entre eux, la source 3 pouvant transmettre de l’énergie au système 4. Cette source 3 et ce système de stockage 4 sont également connectés au réseau électrique 2 pour y fournir de l’électricité. En d’autres termes, les panneaux 3 sont configurés pour transmettre, sur consigne, au réseau électrique 2 ou aux batteries 4, une énergie électrique correspondant au maximum aux flux d’énergie solaire pouvant être traités en temps réel par les panneaux, et les batteries 4 sont configurés pour stocker une énergie provenant de ces panneaux 3, jusqu’à une quantité d’énergie maximale prédéterminée, et pour décharger tout ou partie de cette énergie dans le réseau électrique 2, sur consigne.
Enfin, cette source 3 et ce système 4 sont connectés à des moyens informatiques 5 comprenant notamment une base de données 6 et deux modules informatiques 7 et 8. Par « module informatique », on désigne un ou plusieurs programmes d’ordinateur, enregistrés sur un support d’enregistrement non illustré et lisible par ordinateur, ayant vocation à assurer une fonctionnalité prédéterminée. Ces moyens sont connectés au réseau 2, en particulier pour recueillir les données de consommation du réseau en temps réel.
La base de données 6 contient toutes les données nécessaires au fonctionnement des modules 7 et 8, en particulier les données énergétiques, météorologiques, tarifaires, ou règlementaires qui apparaîtront adéquates à l’homme du métier, en particulier pour la mise en œuvre du procédé 100 décrit plus bas.
Le module 7 est un module de planification. Il est chargé de déterminer quelle quantité d’énergie, ou quelle puissance moyenne énergétique, est à fournir au réseau électrique 2 par la source 3 sur des périodes de temps prédéterminées, en fonction d’engagements préalables de l’exploitant de l’installation 1 mais aussi de données évolutives telles que l’énergie disponible, les tarifs de paiement de l’électricité, la consommation du réseau, etc. Il est mis en œuvre en particulier toutes les quinze minutes de façon à optimiser l’alimentation électrique du réseau. Ce module n’est pas l’objet de cette demande.
Le module 8 est l’objet de la demande, c’est le module de consigne. Il vise à donner pour instruction, toutes les cinq secondes, à la source 3, au système de 4 ou aux deux de fournir, au réseau 2, une puissance d’énergie déterminée, ou à la source 3 de fournir au système 4 une puissance d’énergie déterminée pour la stocker. L’objectif spécifique du module 8 est de permettre de respecter un objectif de quantité d’énergie ou de puissance moyenne à fournir au réseau électrique 2, objectif déterminé par le module 7 pour différentes périodes de temps prédéterminées. La particularité de ce module 8 est qu’il vise également à éviter le plus de déchargements possibles du système de stockage 4 au sein du réseau 2, afin de diminuer l’usure du système 4, tout en tenant les objectifs de fourniture d’énergie au réseau 2. Ce module 8 et la manière dont cette optimisation est réalisée seront décrits plus en détails plus bas.
Les moyens informatiques 5 présentent également, même si elles sont non-illustrées, toutes les caractéristiques permettant le bon fonctionnement des modules 7 et 8 associées à la base de données 6, en particulier au moins un processeur, une mémoire, des moyens d’interaction avec un utilisateur pour éventuellement modifier des paramètres des modules 7 et 8, ou encore des moyens de télécommunications sur un réseau de communication.
Par « réseau électrique 2 », on désigne un réseau de transport et de distribution d’électricité. On désigne en particulier un réseau de grande ampleur géographique, c’est-à- dire s’appliquant à une ou plusieurs villes, voire à une région ou un pays. De manière générale, l’invention s’applique à tout réseau de transport et de distribution d’énergie de cette ampleur.
On va d’abord décrire le contexte de mise en œuvre du procédé 100 décrit plus bas en revenant sur certains des éléments évoqués plus haut.
Le gestionnaire du réseau électrique 2 impose à l’exploitant de l’installation 1 de lui fournir par avance les quantités d’énergie qu’il s’engage à fournir au réseau 2 au cours d’une journée, par période de dix minutes. On peut désigner ces prévisions fournies au gestionnaire par le terme « d’engagement », l’exploitant de la centrale 1 étant tenu de respecter ces prévisions. De cette manière, et en regroupant les engagements issus des diverses installations d’alimentation alimentant le réseau 2, le gestionnaire du réseau dispose d’une prévisibilité de la quantité d’énergie qui sera disponible à l’issue de chacune de ces périodes pendant toute la journée sur ce réseau. Naturellement, la durée de la période de temps d’engagement, ici de dix minutes, peut être différente.
Durant la journée de production, l’exploitant 1 s’assure de respecter ses engagements, c’est-à-dire de fournir au réseau électrique 2, sur chaque période de temps d’engagement, par le biais de la source 3 et du système de stockage 4, la quantité d’énergie engagée pour cette période. Si la quantité d’énergie qu’il fournit sur une période de temps est inférieure à la quantité à laquelle il est engagé, il est pénalisé financièrement par le gestionnaire. Si la quantité d’énergie produite est supérieure à son engagement, il n’est pas rémunéré pour ce surplus par le gestionnaire et subit donc un manque à gagner.
Pour tenir ces engagements, le module 7 identifie, au long de la journée, comme évoqué plus haut, des objectifs de fourniture d’énergie réévalués toutes les quinze minutes, en fonction des données disponibles, en particulier de la météo en cours et des prévisions météorologiques de court-terme. À titre d’exemple, le module 7 peut déterminer qu’il est préférable de fournir moins d’énergie que prévu au réseau 2 pendant quelques minutes et stocker cette énergie dans le système 4, quitte à recevoir une légère pénalité financière pour la période d’engagement en cours, afin d’anticiper une forte indisponibilité d’énergie durant une prochaine période et donc d’éviter une pénalité financière plus lourde à ce moment-là.
En sortie, le module 7 fournit au module 8 un objectif de puissance moyenne à fournir au réseau électrique pendant des périodes de temps prédéterminées. Ces périodes de temps correspondent aux périodes d’engagement, mais peuvent alternativement correspondre à d’autres périodes de temps prédéterminées, l’objectif final étant de respecter les puissances moyennes à fournir pendant les périodes d’engagement.
Alternativement, plutôt que d’assigner une puissance moyenne, il pourrait s’agir d’une quantité d’énergie, une quantité d’énergie correspondant à une puissance fournie pendant une certaine durée. Une puissance moyenne à fournir sur une période correspond donc à une quantité d’énergie déterminée fournie pendant toute cette période.
Les données d’entrée dont dispose le module 8 sont notamment cette puissance énergétique moyenne à fournir pendant chaque période de temps ou la quantité d’énergie à fournir durant cette période, la puissance disponible issue de la source 3 à chaque instant, et l’état de la charge du système 4 à chaque instant. La donnée de sortie de ce module 8 est une consigne de fourniture d’énergie à la source 3 destinée au réseau 2 ou au système 4 (fourniture appelée dans ce cas « charge »), et une éventuelle consigne de décharge du système 4 vers le réseau 2, de manière à atteindre la puissance moyenne à fournir pendant la période prédéterminée.
On va maintenant décrire le procédé 100 mis en œuvre par le module 8, en référence aux figures 2 et suivantes. Il est mis en œuvre sur une période de temps de temps de dix minutes, de manière automatisée. Cette période de temps correspond à une période de temps d’engagement. Alternativement, elle est une période de temps différente de la période de temps d’engagement. Dans les deux cas, un objectif de puissance moyenne est assigné pour cette période de temps par le module 7. Il est à noter que cette puissance moyenne peut être négative, cela correspond à du « sous-tirage », c’est-à-dire que l’installation retire de l’électricité du réseau électrique 2. L’invention fonctionne dans les deux cas. Par commodité, on se placera toutefois dans le cas d’une puissance moyenne positive dans les explications qui suivent, sauf mention contraire.
Par commodité, on désignera par « moyens automatisés » ou « moyens » les éléments mettant en œuvre ce procédé. Ils désignent naturellement les processeurs mémoires présentés, le ou les programmes d’ordinateur du module 8, la base de données 6 ainsi que tout élément permettant l’envoi d’une consigne à la source 3 et au système 4.
À l’étape 101 , les moyens construisent sur un diagramme, visible à la figure 3, ayant pour abscisse une durée et pour ordonnée une quantité d’énergie, une droite 11 affine représentant la quantité d’énergie optimale à fournir au réseau électrique 2 tout au long de cette période de temps. Par « quantité d’énergie optimale », on désigne la quantité d’énergie qu’il faudrait fournir à chaque instant de la période de manière parfaitement linéaire pour tenir l’objectif de puissance moyenne. En d’autres termes, il s’agit de la quantité d’énergie résultant d’une puissance constante fournie à chaque instant et permettant de tenir l’objectif assigné. Le point final 12 de la droite 11 correspond donc à la quantité d’énergie à fournir à l’issue de cette période. Ainsi, si le module 7 a identifié un objectif de puissance moyenne à fournir lors de cette période, la quantité d’énergie optimale à fournir lors de cette période correspond à cette puissance moyenne multipliée par la durée de la période, de la manière suivante :
[Math 1]
Figure imgf000011_0001
Où Epian est la quantité d’énergie optimale à avoir fourni au réseau 2 entre le début de la période et un instant précis, tfjn le dernier instant de cette période, correspondant donc à la durée totale de la période de temps, Ppian la puissance moyenne à fournir durant cette période, déterminée par le module 7. C’est l’ordonnée du point final 12.
De manière plus générale, on désigne donc par « quantité d’énergie optimale » la quantité d'énergie à fournir durant un intervalle de temps présent et durant les intervalles suivants de manière à atteindre un objectif de quantité finale fournie à la fin d'une période de temps englobant ces intervalles et des intervalles de temps antérieurs.
On ne place pas le point initial 13 de cette droite 11 à zéro. En effet, le point initial 13 de la droite 11 correspond à la puissance moyenne à fournir sur cette période multipliée par une durée de 30 secondes. L’objectif est ainsi de placer le point initial 13 à une ordonnée légèrement positive. L’effet de ce déplacement vers le haut du point initial 13 est d’inciter à l’envoi d’une consigne de puissance énergétique plus élevée que nécessaire en début de période de temps, de manière à prendre de l’avance en cas d’indisponibilité de l’énergie intermittente plus tard, par exemple en cas de passage d’un nuage. En revanche, si la puissance moyenne est négative - c’est le cas du sous-tirage -, le point initial est placé à 0. Ainsi, l’ordonnée Epian (0) de ce point initial 13 correspond à la formule suivante :
[Math 2] plan (0) max(Pp;an * 30s, 0)
La droite 11 ainsi construite, entre le point initial et le point final, permet de disposer de la quantité d’énergie optimale qui doit être théoriquement fournie à chaque instant au réseau 2 par l’installation 1 depuis le début de la période de temps, si cette fourniture était parfaitement linéaire.
À l’étape 102, les moyens construisent une droite affine 14 représentant la quantité d’énergie dite « minimale » à fournir au réseau tout au long de cette période de temps. Par quantité « minimale », on désigne une quantité inférieure à la quantité optimale d’énergie, permettant de tolérer une part de sous-production momentanée d’énergie en prévision d’une disponibilité plus grande d’énergie issue de la source 3 ultérieurement. Pour en déterminer le point final 15, les moyens déterminent deux valeurs. D’abord, ils identifient la puissance moyenne minimale qu’il est possible de fournir au réseau électrique 2 sur cette période de temps prédéterminée sans souffrir d’une pénalité de sous-production. Pour ce faire ils se basent sur les données règlementaires issues de la base de données 6 et en déduisent la puissance moyenne d’engagement sur la période, Pann, à laquelle l’exploitant est tenu, et en soustraient une valeur représentant 5% de la puissance installée sur la centrale 1 . Là encore, la puissance installée est une valeur connue, enregistrée dans la base de données 6. Ils déterminent une deuxième valeur issue de l’objectif de puissance moyenne Ppian fournie par le module 7, dont il est soustrait là-aussi une valeur représentant 5% de la puissance électrique installée sur la centrale 1 . Les moyens comparent ces deux valeurs et en sélectionnent la plus faible. Cette dernière est multipliée par la durée de la période de temps prédéterminée, formant l’ordonnée du point final 15 de cette droite 14 correspondant à la quantité d’énergie « minimale » à fournir au réseau. Ainsi, l’ordonnée de ce point répond à la formule suivante :
[Math 3]
Figure imgf000012_0001
Où Emin est donc la quantité d’énergie minimale à avoir fourni au réseau 2 entre le début de la période et un instant précis, Psousprod est la puissance moyenne qu’il est possible de fournir au minimum sans pénalité de sous-production, et kWc est la puissance installée de la centrale 1.
Pour déterminer le point initial 16 de cette droite 14, les moyens multiplient la puissance moyenne théorique à fournir par une durée de 30 secondes, et inversent cette valeur pour la rendre négative. Le fait de placer ce point initial 16 en-dessous de 0 permet de tolérer une certaine sous-production en début de période de temps. Si la puissance moyenne à fournir issue du module 7 est négative, ce point initial est à 0.
Le point initial de cette droite répond donc à la formule suivante :
[Math 4]
Emi (0) = min(- Pplan * 30s, 0). La droite 14 reliant le point initial 16 et le point final 15 représente donc la quantité d’énergie minimale qui doit avoir été fournie au réseau au minimum à chaque instant depuis le début de la période de temps pour rester proche de la quantité optimale tout en tolérant une sous- production momentanée.
À l’étape 103, les moyens construisent une droite affine 17 représentant la quantité d’énergie dite « maximale » à fournir au réseau tout au long de cette période de temps. Au- dessus de cette courbe, le réseau électrique 2 serait considéré comme suralimenté. Pour déterminer le point final, les moyens identifient, grâce aux données règlementaire de la base 6, la puissance maximale qu’il est possible de fournir sans pénalité de surproduction : il s’gait de la puissance moyenne d’engagement Pann à laquelle on ajoute 4 % de la puissance installée kWc. Cette valeur est multipliée par la durée de la période de temps, soit dix minutes, formant l’ordonnée du point final 18 de cette droite 17.
Ce point final 18 répond donc à la formule suivante :
[Math 5]
Figure imgf000013_0001
Où Emax est donc la quantité d’énergie maximale à fournir au réseau 2 entre le début de la période et un instant précis, et Pann + 4% * kWc est la puissance moyenne qu’il est possible de fournir au maximum au réseau 2 sans pénalité de surproduction.
Le point initial 19 de la droite 17 est déterminé en multipliant les 4% de la valeur de puissance de l’installation 1 par la durée tfjn de la période de temps et par le nombre 3, selon la formule suivante :
[Math 6]
Figure imgf000013_0002
Cette formule résulte en une valeur initiale fortement positive. Comme on le verra plus bas, cette droite 17 permet le choix d’une consigne de la puissance envoyée par la source 3 au réseau 2. En formant un point initial très positif, on tolère donc une forte production en début de période de temps pour « déclipper » les panneaux solaires, c’est-à-dire pour renoncer momentanément à toute limite de puissance des panneaux solaires. Par « déclipper », on désigne l’opération inverse de l’« écrêtage » ou « clippage » consistant à limiter la puissance des panneaux.
Les moyens ont ainsi construit les trois droites qui seront utiles à la suite du procédé.
L’ensemble des paramètres utilisés pour construire les points initiaux et finaux de ces droites, tels que les pourcentages et les durées, peuvent être modifiés par un utilisateur. Il est toutefois à noter qu’il est préférable de choisir des valeurs permettant d’obtenir les effets techniques présentés, c’est-à-dire une tolérance à la surproduction et à la sous-production en début de période de temps, notamment en vue de potentielles mauvaises conditions météorologies, ou pour « déclipper », c’est-à-dire ne plus écrête la puissance des panneaux solaires.
Les étapes 104 et suivantes sont ensuite mises en œuvre, à partir du point d’abscisse 0, c’est-à-dire à l’instant initial de la période de temps prédéterminée, puis à intervalles réguliers, en l’espèce toutes les cinq secondes, jusqu’à la fin de la période de temps.
À l’étape 104, il s’agit de prévoir quelle serait la quantité d’énergie hypothétique future Efutur qui aura été fournie au réseau 2 depuis le début de la période de temps, à un instant futur déterminé. On place par défaut cette durée tfutur, située entre l’instant présent t et l’instant futur, à 60 secondes. Pour déterminer cette quantité d’énergie hypothétique, les moyens se fondent sur la quantité d’énergie Eres déjà fournie au réseau depuis le début de la période de temps et sur la puissance disponible aux panneaux 3 à l’instant présent t, de sorte que cette quantité hypothétique répond à la formule suivante :
[Math 7]
Figure imgf000014_0001
Où PpV représente la puissance disponible issue de la source d’énergie intermittente 3 à un instant précis, en l’espace à l’instant présent t.
Alternativement, cette quantité d’énergie hypothétique, qui pourrait être fournie au réseau 2 par l’installation 1 à un instant futur, pourrait être déterminée selon d’autres formules connues de l’homme du métier.
La durée tfutur pourrait être configurée pour être différente de 60 secondes. En l’augmentant, on limite les fluctuations de puissance injectée dans le réseau électrique 2, mais on augmente l’usage du système de stockage 4.
À l’étape 105, les moyens comparent cette valeur à la quantité d’énergie minimale associée à l’instant futur déterminé. En d’autres termes, les moyens placent le point Efutur sur le graphique et déterminent s’il est situé au-dessus ou sur la droite affine 14 à cet instant futur. Cette comparaison revient ainsi à comparer Efutur et Emin (t+tfutur).
À l’étape 106, les moyens fixent un objectif de quantité d’énergie à atteindre en fonction du résultat de cette comparaison. Ainsi, si la quantité d’énergie hypothétique Efutur est supérieure ou égale à Emin (t+tfutur), les moyens fixent comme objectif à atteindre la quantité d’énergie optimale prévue à cet instant futur, soit Epian (t+tfutur), et ce sans utiliser le système de stockage 4. Graphiquement, cela signifie que l’objectif à atteindre est la droite 11 , et ce sans décharge du système de stockage. On assigne donc à une variable que l’on nomme Eobjectif la quantité Epian (t+tfutur) , qui devra donc être atteinte uniquement au moyen de la source 3.
En revanche, si la quantité d’énergie hypothétique Efutur est inférieure à Emin (t+tfutur), c’est- à-dire si le point Efutur est situé sous la droite 14, alors les moyens assignent à la variable Eobjectif la quantité Emin (t+tfutur), autrement dit la droite 14, et autorisent la décharge des batteries 4 dans le réseau 2. Nous verrons plus bas de quelle puissance est cette décharge. En résumé, si la quantité d’énergie hypothétique à l’instant futur est supérieure ou égale à la droite 14, les moyens assignent à l’objectif la droite 11 sans autoriser l’usage des batteries 4 pour décharger de l’énergie dans le réseau. Ce système 4 est donc économisé. En revanche, si la quantité d’énergie hypothétique à l’instant futur est inférieure à la droite 14, les moyens visent la droite 14 et ce en autorisant l’usage du système de stockage 4 pour décharger de l’énergie dans le réseau afin d’essayer atteindre, à l’instant futur, cette droite 14.
À l’étape 107, les moyens déterminent les puissances qui devraient être fournies par la source 3 et/ou le système de stockage 4 au réseau électrique 2 pour tenir l’objectif assigné, c’est-à-dire soit pour atteindre la droite 14, soit pour atteindre la droite 11.
Les moyens déterminent d’abord la puissance Pres que l’on devrait théoriquement fournir au réseau 2 à l’instant présent t en fonction de la quantité d’énergie moyenne assignée comme objectif par le module 7 et de la quantité d’énergie déjà fournie par le passé, selon la formule suivante :
[Math 8]
Figure imgf000015_0001
Ensuite, les moyens déterminent la puissance que l’on devrait théoriquement obtenir du système de stockage 4 ou au contraire stocker dans le système de stockage 4, en fonction de la puissance théorique Pres à fournir au réseau et de la puissance disponible Ppv à l’instant présent t issue de la source 3, de la façon suivante :
[Math 9]
Pbat ( = Près (0 — Ppv (
Si cette puissance est négative, cela signifie que le système de stockage 4 peut être chargé au moyen du surplus de puissance issue de la source 3. Si elle est positive, cela signifie qu’il s’agit de la puissance qu’il serait nécessaire de fournir au réseau 2 par le système de stockage 4 pour atteindre la puissance théorique en compensant une puissance insuffisante issue de la source 3.
À l’étape 108, les moyens déterminent les consignes de puissance à appliquer en fonction des puissances théoriques calculées à l’étape 107 et en fonction de l’autorisation ou non de la décharge du système de stockage dans le réseau électrique 2.
Ainsi, les moyens déterminent la puissance maximale Pmax qu’il est possible de fournir au réseau 2 d’ici l’instant futur, au moyen de la droite affine 17 dont l’ordonnée à l’instant futur est connue, c’est-à-dire au moyen de la quantité d’énergie maximale qui pourra avoir été fournie au réseau d’ici l’instant futur, et au moyen également de la quantité d’énergie Eres fournie au réseau depuis le début de la période et jusqu’à l’instant présent t. Cette puissance maximale correspond donc à la formule suivante : [Math 10]
Figure imgf000016_0001
Ensuite, les moyens déterminent les consignes de puissance à transmettre par la source d’énergie intermittente 3 au réseau 2 ou aux batteries de stockage 4, l’éventuelle consigne de décharge du système de stockage 4 dans le réseau 2 ou l’éventuelle consigne de charge.
Tout d’abord, dans tous les cas, si Pbat(t) est négatif, c’est-à-dire que la puissance disponible à la source 3 Ppv(t) est supérieure à la puissance Pres(t) à fournir théoriquement au réseau 2, alors les moyens demandent à la source 3 de fournir la puissance énergétique correspondant à (- Pbat(t)) au système de stockage 4, qui stocke donc ce surplus d’énergie. C’est la charge des batteries 4. Il n’y a aucune décharge du système de stockage 4 dans le réseau 2. En outre, les moyens demandent à la source 3 de fournir le reste de la puissance disponible au réseau 2, dans la limite de la valeur Pmax(t) de manière à ne pas suralimenter le réseau 2.
Si Pbat(t) est positif, il existe deux cas en fonction de l’autorisation ou non de la décharge. Traitons d’abord le cas où la décharge n’a pas été autorisée à l’étape 106. Dans ce cas, le système de stockage 4 reçoit pour consigne de ne transmettre aucune puissance au réseau électrique 2. De son côté, la consigne de puissance à fournir par la source 3 au réseau 2 est limitée au maximum à Pmax(t) de manière à ne pas suralimenter le réseau 2.
Dans le cas où la décharge a été autorisée à l’étape 106, alors le système de stockage 4 reçoit pour consigne de transmettre la puissance énergétique Pbat(t), au réseau électrique 2. La source 3 reçoit pour consigne de transmettre au réseau 2 le reste de la puissance, en respectant un maximum égal à Pmax(t) - Pbat(t) de manière à ne pas suralimenter le réseau 2. Ainsi, au maximum, la puissance Pmax(t) est transmise au réseau électrique 2, une partie de cette puissance provenant des batteries 4 avec la puissance Pbat(t), une partie provenant de la source 3 avec la puissance disponible issue de cette source, limitée par la valeur maximale P max(t)-Pbat(t).
Une fois les consignes transmises, les étapes 104 à 108 sont remises en œuvre toutes les cinq secondes, jusqu’à la fin de la période de temps prédéterminée. Ainsi, toutes les cinq secondes, des consignes de puissance et de limite sont envoyées à la source 3 et éventuellement au système de stockage 4, pour alimenter le réseau électrique 2.
Naturellement, cet intervalle de cinq secondes peut être configuré pour être différent.
En fin de période de temps, lorsqu’il reste moins de 60 secondes, la durée tfutur fixée à 60 secondes est réduite seconde par seconde jusqu’à une durée minimale prédéterminée pour que les étapes 104 à 108 puissent continuer à être mises en œuvre au plus proche de la fin de cette période de temps. Plus cette durée minimale de fin de période est petite, plus on s’assure d’atteindre l’objectif de quantité d’énergie fixée pour la totalité de la période de temps, mais plus on augmente la fluctuation de puissance injectée au réseau. Comme déjà évoqué, la période tfutur peut de manière générale être fixée à une durée différente de 60 secondes.
Les étapes 101 à 108 sont ensuite mises en œuvre pour la période prédéterminée suivante.
Nous allons maintenant revenir sur les trois cas issus des résultats de la comparaison entre Efutur et Emin (t+tfutur) en référence aux figures 4 et suivantes, sur le plan graphique.
Nous nous plaçons à un instant t quelconque au cours d’une période de temps, les droites 11 , 14 et 17 ayant été tracées pour toute cette période dès le début de cette période conformément aux étapes 101 à 103. La courbe 22 représente la quantité d’énergie fournie au réseau électrique 2 jusqu’ à cet instant présent t, depuis le début de cette période de temps. Le point 20 est le point correspondant à la quantité fournie jusqu’à cet instant t. Le point 21 représente la quantité d’énergie hypothétique à l’instant futur déterminée à l’étape 104, c’est- à-dire pour l’instant t+tfutur où tfutur est égal à 60 secondes.
A la figure 4, ce point 21 est au-dessus de la courbe 14 correspondant à la quantité d’énergie minimale à fournir au réseau 2. Les moyens effectuent donc l’assignement Eobjectit = Epian(t+ tfutur), et la décharge du système de stockage 4 n’est pas autorisée. Mais ce point 21 est également au-dessus de la droite 11 , ce qui mathématiquement signifie que Pbat(t) est négatif, la puissance disponible issue de la source 3 étant supérieure à la puissance P res (t) qui devrait théoriquement être fournie au réseau à l’instant présent. Dans ce cas, le système de stockage 4 est chargé d’énergie de puissance Pbat(t) issue de la source 3, et cette même source alimente avec le reste le réseau électrique 2, en limitant cette puissance pour ne pas dépasser la droite 17. Les flèches dessinées indiquent la consigne 24 permettant de charger les batteries 4 tout en atteignant la courbe 11 , et la consigne 25 fixe la puissance maximale à ne pas dépasser dans l’alimentation du réseau 2 pour ne pas dépasser la courbe 17.
A la figure 5, le point 21 est au-dessus de la courbe 14, de sorte que, là encore, les moyens effectuent l’association Eobjectif = Epian (t+tfutur) , et la décharge du système de stockage 4 dans le réseau 2 n’est pas autorisée. Ce point est situé en dessous de la droite 11 , de sorte qu’il n’y a pas non plus de charge du système 4. Le système de stockage 4 n’est donc ni chargé ni déchargé.
A la figure 6, le point 21 est situé en-dessous de la courbe 14. Cette fois ci, les moyens effectuent l’association Eobjectif = Emin (t+tfutur) , c’est-à-dire que les moyens visent la droite 11 correspondant à la quantité d’énergie optimale à fournir au réseau, et la décharge du système de stockage 4 dans le réseau est donc autorisée pour atteindre cet objectif. La flèche permet de voir la consigne de décharge 24 pour atteindre la droite 14.
Dans les trois cas les consignes de puissance et de limite sont mises en œuvre conformément aux étapes et formules exposées plus haut.
Il en résulte que sur une période de temps prédéterminée, la quantité d’énergie effectivement fournie au réseau électrique 2 par la source 3 et éventuellement le système de stockage 4 forme une courbe 22 évoluant entre les droites 14 et 11 correspondant respectivement à la quantité d’énergie minimale à fournir et à la quantité d’énergie optimale, souhaitée, à fournir au réseau 2. De cette manière, plutôt que de demander au système 4 de se décharger dans le réseau électrique 2 à chaque fois que la puissance disponible issue de la source 3 n’est pas suffisante, on tolère une certaine sous-production momentanée, contrôlée en prévoyant la quantité d’énergie hypothétique qui pourrait être fournie dans le futur. On limite donc les déchargements du système de stockage tout en s’approchant au plus près de la quantité d’énergie optimale à fournir au réseau électrique sur une période prédéterminée.
Comme déjà évoqué, chaque période de temps prédéterminée peut correspondre à une période d’engagement pour laquelle l’exploitant s’est engagé à fournir une quantité d’énergie spécifique au réseau. Mais alternativement une période de temps peut également être une sous-période d’une période d’engagement ou un cumul de périodes d’engagement.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.
En particulier, il est possible d’appliquer le procédé à une installation comprenant d’autres types d’énergie intermittente, telle que l’énergie éolienne, et d’autres types de système de stockage, tels que d’autres types de batterie, un volant d’inertie, une super-capacité, un électrolyseur ou encore une pile à combustible.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé (100) d’alimentation énergétique d’un réseau d’énergie (2), comprenant, pour alimenter le réseau (2) au moyen d’une source d’énergie intermittente (3) et d’un système de stockage d’énergie (4), les étapes suivantes :
- détermination (101) d’une quantité optimale d’énergie à fournir au réseau d’ici un instant futur prédéterminé;
- détermination (102) d’une quantité minimale d’énergie qui devrait être fournie au réseau d’ici l’instant futur, cette quantité minimale étant inférieure à la quantité optimale d’énergie ;
- prévision (104) d’une quantité d’énergie hypothétique qui pourrait être fournie au réseau d’ici un instant futur en faisant l’hypothèse d’une absence de décharge dans le réseau, d’ici cet instant futur, d’énergie issue du système de stockage ;
- dans le cas où la quantité d’énergie hypothétique déterminée est supérieure ou égale à la quantité d’énergie minimale à fournir au réseau à l’instant futur, fourniture (108) d'énergie dans le réseau uniquement à partir de la source d'énergie intermittente, sans décharge du système de stockage.
[Revendication 2] Procédé (100) selon la revendication précédente, comprenant, avant l’étape de fourniture (108) d’énergie dans le réseau, une étape de détermination d’une puissance énergétique à fournir par la source intermittente, fondée sur la quantité d’énergie optimale et non sur la quantité d’énergie minimale.
[Revendication 3] Procédé (100) selon la revendication 1 , comprenant, dans le cas où la quantité d’énergie hypothétique est inférieure à la quantité d’énergie minimale à fournir au réseau à l’instant futur, une étape de fourniture (108), dans le réseau, d’énergie à partir de la source d’énergie intermittente et d’énergie à partir du système de stockage en déchargeant le système de stockage.
[Revendication 4] Procédé (100) selon la revendication précédente, comprenant, avant l’étape de fourniture d’énergie, une étape détermination (108) d’une puissance énergétique à fournir à partir de la source d’énergie intermittente et à partir de la décharge du système de stockage, fondée sur la quantité d’énergie minimale à atteindre et non sur la quantité d’énergie optimale.
[Revendication 5] Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, en considérant une période de temps prédéterminée, les étapes de détermination (101) de quantité optimale d’énergie et de quantité minimale (102) d’énergie sont mises en œuvre au début de la période de temps et par avance pour chaque instant de la période de temps, tandis que l’étape de détermination de la quantité d’énergie hypothétique (104) est mise en œuvre à intervalles réguliers au cours de cette période de temps en considérant une quantité d’énergie passée fournie au réseau depuis le début de cette période.
[Revendication 6] Procédé (100) selon la revendication précédente, comprenant, pour déterminer (101 , 102) les quantités d’énergie minimale et optimale au début de la période de temps et pour chaque instant de cette période, une étape de construction d’une droite affine correspondant à la quantité d’énergie minimale au cours de cette période et d’une autre droite affine correspondant à la quantité d’énergie optimale au cours de cette période.
[Revendication 7] Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant, au préalable des étapes de la revendication 1 , les étapes suivantes :
- détermination (101 ) de la quantité d’énergie optimale à fournir au réseau en fonction d’un engagement préalable de fourniture d’une quantité d’énergie au réseau sur une période de temps prédéterminée,
- détermination (102) de la quantité minimale d’énergie qui devrait être atteinte en fonction d’une puissance moyenne énergétique permettant l’absence de pénalité financière de sous-fourniture d’énergie sur le réseau ou en fonction de la quantité optimale d’énergie diminuée d’une valeur prédéterminée.
[Revendication 8] Procédé (100) selon au moins la revendication 2 ou 4, comprenant, pour déterminer la puissance énergétique à fournir au réseau par la source intermittente, les étapes suivantes : - détermination (103) d’une quantité maximale d’énergie à fournir au réseau à l’instant futur, supérieure à la quantité optimale et au-delà de laquelle le réseau serait considéré comme suralimenté ;
- détermination (108) de la puissance énergétique à transmettre par la source intermittente fondée sur la quantité maximale d’énergie.
[Revendication 9] Procédé (100) selon au moins les revendications 6 et 8, dans lequel la quantité maximale d’énergie est également issue d’une droite affine construite au début de la période de temps.
[Revendication 10] Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la quantité d’énergie hypothétique dépend de la puissance disponible à un instant présent issue de la source d’énergie intermittente.
[Revendication 11] Installation (1) de fourniture d’énergie à un réseau d’énergie, comprenant une source d’énergie intermittente (3) et un système de stockage d’énergie (4) configurés pour mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.
[Revendication 12] Installation (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’énergie étant de l’électricité et le réseau (2) étant un réseau électrique, la source (3) comprend au moins un panneau photovoltaïque et/ou une éolienne et le système de stockage (4) comprend l’un au moins des éléments suivants :
- une batterie, de préférence de type lithium-ion ;
- un volant d’inertie
- une super-capacité ;
- un électrolyseur ;
- une pile à combustible.
[Revendication 13] Programme d'ordinateur (8) comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre les étapes du procédé (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10.
[Revendication 14] Support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre les étapes du procédé (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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