Le besoin
Client : JSC Mobile Energy
L’hybridation des centrales Diesel avec des énergies renouvelables a un intérêt particulier dans le cas de l’alimentation de sites isolés, très éloignés de tout réseau de transport.
Dans le cadre de ce projet, il s’agissait de mettre en place l’hybridation de centrales alimentant des villes isolées du réseau (microgrid) en Sibérie orientale et dans la péninsule du Kamtchatka (Russie), par l’ajout de parcs photovoltaïques, d’éoliennes et de systèmes de stockage.
En effet, les conditions de froid extrêmes et les distances importantes à parcourir pour approvisionner ces zones en carburant entrainent des coûts de production électrique prohibitifs, que l’hybridation peut permettre de réduire significativement.
Le gestionnaire de ces réseaux isolés souhaitait donc disposer :
- D’une stratégie de gestion de l’énergie smartgrid à-même de piloter les équipements des centrales hybrides
- D’un outil de simulation lui permettant de valider le bon fonctionnement de ses centrales et d’en optimiser le dimensionnement
La réalisation
Capsim a développé un modèle numérique de la centrale hybride sous Matlab Simulink permettant de représenter avec le niveau de détail adapté :
- Les générateurs conventionnels (Diesel, Turbine gaz, centrale thermique, ….)
- Les générateurs de type énergies renouvelables (PV, éolien, hydraulique, …)
- Les charges (prioritaires, délestables, pilotables)
- Les systèmes de stockage (inertiel, batteries, ….)
- Le réseau
- L’automate de gestion de l’énergie
Capsim a par ailleurs conçu un algorithme de contrôle commande pour la gestion de l’énergie de la centrale hybride. Cette conception s’est déroulée en trois temps :
- Analyse fonctionnelle permettant de définir précisément les fonctions de gestion de l’énergie à mettre en place, ainsi que les variables de pilotage accessibles (pitch des éoliennes, convertisseurs des panneaux PV, charges pilotables, arrêt/démarrage de groupes électrogènes…)
- Spécification et programmation de l’algorithme de gestion de l’énergie sous le logiciel Matlab
- Test et validation de l’algorithme, grâce à la simulation du modèle numérique de la centrale dans des situations classiques d’exploitation (reproductibles lors des essais de démarrage du site) mais également dans des situations impossibles à reproduire en essais (concomitance d’un nuage avec une chute brutale du vent par exemple)
Le bilan
Cet outil permet de représenter n’importe-quel réseau de sites isolés et de reproduire tous les scénarios supposés dimensionnant (rafale de vent, démarrage moteur, …) et de vérifier :
- le bon comportement du contrôle commande de gestion de l’énergie
- le respect des plages de fluctuation de tension et de fréquence
Il permet alors la conception optimale de microgrids intégrant du « fuel saving » en jouant à la fois sur le dimensionnement des équipements et sur le paramétrage des stratégies de smartgrid.
Sur certains sites, lorsque les conditions météorologiques sont favorables, les stratégies développées permettent l’extinction des Diesel, c’est-à-dire un taux de pénétration des ENR de 100 %.
Evolutions des puissances actives des différents organes de la centrale durant un scénario de test
