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Optimiser la gestion d'un système d'énergie renouvelable

Le Groupe de recherches sur l’énergétique des milieux ionisés1 et la société Powidian ont mis au point un système de contrôle prédictif qui optimise le fonctionnement d'une station autonome de production et de stockage d'énergies renouvelables.

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Pour alimenter en électricité des sites isolés, l'éolien et le photovoltaïque sont des alternatives aux générateurs diesel, qui engendrent des gaz à effet de serre. Mais ces sources d'énergie renouvelable sont par nature intermittentes et doivent être couplées avec des moyens de stockage afin d'assurer une alimentation permanente. Pour gérer de manière intelligente les moyens de production et de stockage d'énergie d'une station autonome, des chercheurs du Groupe de recherches sur l’énergétique des milieux ionisés1, en collaboration avec la société Powidian, ont mis au point un système de contrôle prédictif, qui maximise la disponibilité de l'énergie pour les utilisateurs tout en minimisant les pertes énergétiques.

Le laboratoire de recherche et l'industriel, une PME qui conçoit et installe des stations autonomes de production d'électricité, ont collaboré dans le cadre d'une thèse Cifre2. Les partenaires ont choisi d'étudier une station de production composée de panneaux voltaïques, de batteries lithium-ion pour le stockage à court terme, et d'un système de stockage à long terme basé sur un électrolyseur, une pile à combustible et un réservoir d'hydrogène3. Powidian a déjà installé des systèmes de ce type dans le parc de la Vanoise (Savoie) et à l'île de La Réunion. Le projet a bénéficié des données fournies par les capteurs qui équipent les stations autonomes.

Pour optimiser le fonctionnement de l'ensemble du système, et notamment la gestion des unités de stockage, le système de contrôle prédictif ne se contente pas d'utiliser des données historiques sur l'ensoleillement et la consommation d'électricité. Il prend aussi en compte des mesures plus récentes qui lui permettent d'adapter constamment son mode de fonctionnement. « Le modèle prédictif évolue par apprentissage, grâce à une technologie de réseaux de neurones », explique Pascal Brault, chercheur au Groupe de recherches sur l’énergétique des milieux ionisés.

Les simulations réalisées ont montré que le modèle prédictif permettrait de réduire de 75 % la durée de défaut de la station (le nombre d'heures pendant lesquelles le système ne peut répondre à la demande), mais également de diminuer les pertes d'énergie : une réduction de 38 % des pertes « chimiques » (dans la fabrication et l'utilisation de l'hydrogène) et de 11 % des pertes électriques dans les convertisseurs.

Powidian doit maintenant tester la validité de ces résultats sur le terrain. L'entreprise va d'abord évaluer les performances des algorithmes d'optimisation, sur un équipement informatique équivalent au système de contrôle-commande d'une station de production d'électricité. L'étape suivante consistera à effectuer des essais sur la plateforme de test et d'intégration, représentative cette fois d'une station de production, dans les locaux de Powidian. « Nous pourrons alors réaliser, avec l'accord d'un client, des tests en situation réelle sur une station déjà installée », indique Yoann Stevenin, responsable produits et systèmes chez Powidian. Une fois ces étapes franchies, un logiciel de contrôle prédictif pourrait, à partir de 2020, être intégré dans le système fourni par Powidian.

 

1 Groupe de recherches sur l’énergétique des milieux ionisés (CNRS/Université d'Orléans)

2 Thèse réalisée par David Morin. Le dispositif Cifre (Conventions industrielles de formation par la recherche) subventionne toute entreprise de droit français qui embauche un doctorant pour le placer au cœur d'une collaboration de recherche avec un laboratoire public. Les travaux aboutissent à la soutenance d'une thèse à l’issue des trois années de recherche. Les Cifre sont financées par le ministère de l'Enseignement supérieur, de la Recherche et de l'Innovation qui en a confié la mise en œuvre à l'ANRT.

3 L'électricité produite, ici par des panneaux solaires, sert à fabriquer de l'hydrogène par électrolyse de l'eau. L'hydrogène stocké peut ensuite être réutilisé pour produire de l'électricité grâce à la pile à combustible.

Contacts :

Pascal Brault / Groupe de recherches sur l’énergétique des milieux ionisés / pascal.brault@univ-orleans.fr 

Yoann Stevenin / Powidian / yoann.stevenin@powidian.com