Conception Optimale d’un Système Multi-énergies Appliquée aux bâtiments Commerciaux – COSMAC

Comme l'objectif principal de COSMAC est d'optimiser conjointement le dimensionnement et la gestion énergétique d'un système multi-source, nous proposons le développement d'un algorithme capable de déterminer la taille optimale de l'équipement tout en générant simultanément des règles de supervision en temps réel. Cela sera réalisé en combinant la simulation dynamique du système avec un algorithme d'optimisation. Cependant, cette optimisation conjointe présente d'importants défis scientifiques et techniques. Le premier défi concerne la définition du problème d'optimisation et la sélection d'un algorithme de résolution pour obtenir un optimum global. Le deuxième défi se concentre sur la réduction du temps d'exécution de la simulation, l'identification des variables de décision pertinentes et la possibilité de calculs parallèles sur plusieurs processeurs.
Par conséquent, ce projet est divisé en plusieurs workpackages, abordant les aspects clés suivants :
1. Définition des limites du système et modélisation dynamique.
2. Formulation d'une fonction objectif basée sur des modèles de coûts économiques et écologiques.
3. Définition de l'algorithme d'optimisation conjointe pour le dimensionnement et la gestion énergétique.
Pour obtenir une solution optimale dans un délai raisonnable à l'aide d'un ordinateur de puissance modérée, la méthodologie d'optimisation (voir point 3) s'appuiera sur des modèles analytiques et dynamiques développés aux points 1 et 2. Finalement, l'ensemble des développement scientifiques du projet COSMAC sera testé et compilé dans un outil convivial destiné aux chercheurs et aux professionnels. Cette phase de validation et d'intégration constituera un workpackage dédié.

À ce stade du projet, l'équipe a réussi à compiler avec succès une liste de l'équipement impliqué dans l'application prévue et a identifié les principaux paramètres qui devront être sélectionnés lors du processus de dimensionnement. Parallèlement, une revue approfondie de la littérature a permis de fournir un aperçu de la recherche liée au dimensionnement et à la gestion énergétique conjointe des systèmes, qu'ils soient connectés ou non au réseau de distribution. Plus récemment l’équipe à mis au point un modèle dynamique et configurable du système multi-énergie comportant un stockage sous forme d’hydrogène pressurisé. Il s’agit du premier modèle modélisant l’étage de compression de manière dynamique en incluant les phénomènes de compressibilité réels du gaz. En parallèle, deux grandes catégories d’algorithmes d’optimisation sont actuellement mises à l’épreuve : les algorithmes particulaires et les algorithmes évolutifs.

Les prochaines étapes de notre projet consistent à :
- Représenter les comportements des utilisateurs de véhicule électrique et de déterminer comment atténuer les contraintes du réseau en étudiant plusieurs scénarios possibles d'actions incitatives à travers les stations de recharge.
- Intégrer les approches ACV (Analyse du cycle de vie) et LCC (Coût du cycle de vie) lors du dimensionnement d’un système énergétique, de la conception du système à sa gestion des flux électriques.
- Développer une stratégie de gestion énergétique flexible dont les règles seront conjointement optimisées avec le dimensionnement du système énergétique.
Le recrutement prochain de stagiaires renforcera les capacités de l'équipe en matière de micro-économie (Sciences humaines et sociales) ainsi que sur les approches Analyses et coût du cycle de vie.

Papier en cours de rédaction/review :
- Etat de l’art sur l’optimisation de systèmes énergétiques qu’ils soient connectés ou non au réseau
- Modèle dynamique d’une chaine de stockage H2 tenant compte de la dynamique réel du compresseur
- Optimisation d’une chaine de stockage H2 en utilisant des algorithmes évolutifs (genetic algorithms et Evolutionnary strategies)
- Optimisation d’un système énergétique complet avec stockage en tenant compte du coût économique et écologique en utilisant un essaim particulaire

Dans ce projet COSMAC, nous proposons d’optimiser le dimensionnement et la gestion énergétique d’un système multi-source (solaire photovoltaïque, pile à combustible, et réseau électrique de distribution) muni d’un stockage sous forme d’hydrogène alimentant un bâtiment commercial en tenant compte de plusieurs objectifs. L’optimisation du dimensionnement et de la gestion prendra en compte de nombreux critères tels que l’autoconsommation, le coût de l’énergie, les interactions possibles avec le réseau, l’intégration de nombreuses bornes de recharge de véhicule électrique sur les parkings, le cycle de vie économique et écologique ainsi que l’impact énergétique des usagers. L’intérêt de l’hydrogène vert produit localement réside dans le fait qu’il puisse servir de stockage long terme de l’énergie mais également, il permettrait d’alimenter les stations-services se trouvant à proximité. Les algorithmes développés feront l’objet d’un outil modulaire et facile d’utilisation.