Analyse probabiliste et nouveaux optimums technico-économiques des systèmes électriques en présence de taux de pénétration élevés d’énergies intermittentes – APOTEOSE

Que ce soit sur les questions posées dans APOTEOSE à une échelle locale –mise en œuvre optimale des solutions techniques pour l’insertion des énergies renouvelables dans les réseaux de distribution– ou à une échelle plus globale –optimisation technico-économique du fonctionnement d’un système électrique en présence d’énergies renouvelables–, il sera nécessaire de tenir compte dans les calculs de la variabilité et de la difficulté à prévoir parfaitement les productions solaires et éoliennes. Ces spécificités joueront un rôle de plus en plus important à l’avenir dans les approches permettant de dimensionner les réseaux et conduire les systèmes électriques, à qualité et sûreté maintenues, tout en maîtrisant les coûts supportés par la collectivité. Leur prise en compte passera par l’utilisation de méthodes probabilistes, qui seront mises en œuvre dans les différents volets des travaux. Ceci dit, les problèmes d’optimisation définis à partir de telles représentations des réseaux deviendront probablement très coûteux en temps de calcul : c’est un challenge que nous envisageons d’aborder à l’aide de méthodes dites « parcimonieuses ».

Cette partie sera complétée au fil des avancées du projet.

Cette partie sera complétée au fil des avancées du projet.

Cette partie sera complétée au fil des avancées du projet.

Portées par leur arrivée à un niveau de maturité technique satisfaisant, par une préoccupation environnementale accrue, par une réduction de leurs coûts et, surtout, par une volonté politique se traduisant par la mise en place de mécanismes d’incitation, les filières de production exploitant les énergies renouvelables –et en particulier l’éolien et le photovoltaïque– connaissent un développement soutenu. Leurs impacts sur les systèmes électriques peuvent être classés en deux catégories : les impacts locaux, dans les réseaux de distribution qui accueillent l’essentiel de ces productions, et les impacts globaux qui concernent surtout la gestion de la production et le comportement dynamique des réseaux. Le présent projet a l’ambition de couvrir ces différentes problématiques.

D’une part, d’un point de vue local, l’insertion de la production décentralisée –principalement éolien et photovoltaïque à l’heure actuelle– requiert des développements des réseaux de distribution dont le coût pour la collectivité, élevé, pourrait à terme constituer un frein majeur au développement de ces filières. Diverses solutions techniques capables de se substituer au renforcement ou à la création d’ouvrages ont été proposées (réglage local tension/réactif, effacement ponctuel, stockage, etc.) et ont montré leur potentiel. Pour préparer l’avenir, il semble aujourd’hui crucial de déterminer, parmi ces différents leviers techniquement prometteurs, lequel conduit (ou lesquels conduisent) au coût d’intégration des énergies renouvelables le plus faible pour la collectivité, à qualité de fourniture maintenue. Ainsi, le premier objectif de ce projet sera de mettre au point une approche innovante pour les études de raccordement de la production décentralisée, permettant de dresser un ordre de mérite des différentes solutions à disposition. Ce travail devra contribuer à identifier, dans un contexte en mouvement, les optimums technico-économiques qui façonneront les réseaux de distribution du futur.

D’autre part, d’un point de vue global, le déploiement massif de sources de production exploitant les énergies renouvelables intermittentes affecte l’exploitation des systèmes électriques. En particulier, des questions relatives au dispatching, à la sécurité statique et à la stabilité dynamique pourraient faire barrière au développement de ces sources, en raison par exemple des limites techniques mises en évidence par les études de réseaux et des investissements à réaliser pour maintenir le niveau actuel de sûreté de fonctionnement. Afin d’aborder cette problématique complexe, nous proposons de développer une nouvelle métrique de la performance des systèmes électriques intégrant les spécificités des sources exploitant les énergies renouvelables intermittentes en complément des aspects fiabilité, flexibilité, sécurité et stabilité. Cet indicateur permettra la recherche de nouveaux optimums d’exploitation et une détermination rigoureuse des taux de pénétration extrêmes des énergies intermittentes. Une meilleure compréhension des paramètres clés qui composent ces derniers pourra d’ailleurs être éclairante quant aux actions à prioriser pour les augmenter à l’avenir.

Scientifiquement pointus et potentiellement riches d’enseignements stratégiques pour différents acteurs industriels et institutionnels, ces travaux sont ambitieux : il sera notamment nécessaire de mener à bien l’optimisation de fonctions coûteuses en temps de calcul, car basées sur une représentation probabiliste des systèmes électriques.