Dimensionnement optimal
4.2.1.1 D´ emarche et D´ efinitions
economique, les r´esultats sont donn´es par sc´enario (garanti / non garanti), l’objectif du producteur comme celui du gestionnaire ´etant d’abord de respecter le service contrac-tualis´e et l’engagement de puissance. Il s’agit, d’une mani`ere g´en´erale, de comparer le dimensionnement du SSE dans le couplage avec chacune des trois sources EnRI (´eolien, houle, PV). Pour chaque sc´enario consid´er´e, les r´esultats obtenus pourront permettre de s´electionner la source la plus adapt´ee.
Puis, dans une deuxi`eme phase, nous cherchons `a am´eliorer les r´esultats au vu des conclusions de la premi`ere partie. Deux approches sont ´etudi´ees : la combinaison des sc´enarios visant `a augmenter l’´energie inject´ee en p´eriode de pointe (18h-22h) et la combi-naison des sources visant `a accroˆıtre les performances - fiabilit´e, productivit´e, rentabilit´e et efficacit´e - du couplage EnRI-SSE.
Enfin, la troisi`eme partie de ce chapitre s’int´eresse `a la sensibilit´e du dimensionnement aux variations des param`etres, soit de mani`ere globale afin de d´eterminer les caract´ eris-tiques de couplage les plus influentes soit relative `a l’impact sp´ecifique de certains facteurs tels la puissance install´ee, la production (PV) et la qualit´e de la pr´evision.
4.2 Dimensionnement technico-´economique
4.2.1 Principe
4.2.1.1 D´emarche et D´efinitions
Le choix heuristique de la charge adaptative (CA) a ´et´e d´etaill´e et justifi´e au chapitre 3. Nous avons vu que cette m´ethode ne donne pas un optimum global mais une solution proche satisfaisante du point de vue de la fiabilit´e d’abord puis, grˆace aux param`etres
adaptatifs, de la productivit´e et de l’efficacit´e du syst`eme ainsi que de la r´egularit´e de la puissance fournie.
Nous entendons par dimensionnement technico-´economique, la d´etermination fond´ee sur la charge adaptative de la taille de stockage minimale permettant d’une part le res-pect du sc´enario et, d’autre part, le calcul des tarifs de revente associ´e `a cet “optimum”. Ce dimensionnement adaptatif donne ´egalement les ´energies (perdues/manquantes) cor-respondantes d’o`u l’on tire les coˆuts et b´en´efices associ´es puis les tarifs permettant une valeur ajout´ee du stockage sur 20 ans (cf mod`ele ´economique du chapitre 2). Le respect du sc´enario est le respect du profil d’injection r´eseau annonc´e la veille pour le lendemain avec un taux de d´efaillances DT R inf´erieur `a DT Rmax = 5%, une tol´erance sur la puis-sance fournie tol par d´efaut ´egale `a 25% de la moyenne annuelle de production ainsi que les param`etres SSE de base, notamment une profondeur de d´echarge maximale limit´ee `a DODmax = 60%. Rappelons que le param`etre DODmax, fix´e dans notre ´etude ind´ epen-damment de l’´etat de charge minimal SOCmin, signifie qu’une s´erie de d´echarge continue du SSE ne peut exc´eder 60% de la capacit´e utile.
Le param`etre principal de dimensionnement du SSE est sa capacit´e ´energ´etique. L’autre grandeur dimensionnante - la puissance maximale en charge et en d´echarge - n’est pas directement optimis´ee dans le m´emoire mˆeme si des simulations pour diff´erentes puissances ont ´et´e effectu´ees (sensibilit´e locale). En effet,
1. les erreurs `a compenser sont tr`es majoritairement inf´erieures `a 500 kW par MWc EnRI install´e. Il semble alors ´evident que toute puissance sup´erieure `a cette valeur n’aura que peut d’influence sur le dimensionnement. C’est ce que confirme l’analyse de sensibilit´e globale qui montre bien (fig. 4.17) que ce param`etre n’est pas, dans une certaine mesure, le plus impactant. D’autre part, nous nous sommes bas´es sur l’offre SAFT1 qui permet d’ˆetre sˆur qu’il existe au moins une offre de stockage satisfaisant cette condition d’une puissance maximale (charge/d´echarge) au moins ´egale `a 500 kW pour une capacit´e ´energ´etique de 1 `a 2 MWh.
2. L’apparition des d´efauts dus `a un manque de puissance peut ˆetre pr´edite de mani`ere syst´ematique `a chaque instant puisque si la diff´erence `a compenser entre l’engage-ment bas et la production EnRI est sup´erieure `a la puissance maximale, il est certain, quelle que soit la capacit´e, qu’il y aura un d´efaut (impossibilit´e de respecter le sc´ e-nario d’engagement). Par exemple si `a 300 kW pour 1 MWc EnRI install´e, il y a e.g. 3% de d´efauts annuels imputables `a la puissance trop faible alors la capacit´e n´ecessaire devra ˆetre optimis´ee pour respecter le seuil des 2% restants et sera par cons´equent bien plus importante. La capacit´e optimale est donc calcul´ee par la suite
avec une puissance de 500 kW par MWc EnRI install´e qui permet de couvrir sur
les sites consid´er´es au moins 99% des besoins de compensation et donc de ne pas rajouter des d´efauts “syst´ematiques”, uniquement li´es `a un d´efaut de puissance. 3. Dans certains appels d’offres CRE r´ecents, il est exig´e une puissance d’au moins 333
kW2 `a 500 kW3 pour 1 MW de puissance EnRI install´ee.
Une capacit´e de stockage est dite “faisable” si elle est inf´erieure `a 2 MWh/MWc, ce qui correspond, dans le cas d’un coˆut principalement bas´e sur la capacit´e ´energ´etique
-1. Batterie Li-Ion Insperion 1 MWh/600 kW
2. AO CRE Solaire+Stockage - installations au sol, 300 MW dont 50 MW en ZNI, 2009 3. AO CRE Solaire+Stockage ”ZNI 100 kWc+”, 2015
SSE ´electrochimique par exemple - `a des investissements de l’ordre de 2 Me/MWc, `a la limite du r´ealisable en pratique. Il est certain que dans l’hypoth`ese d’un d´ecouplage Puissance/ ´Energie - PAC H2 ou STEP par exemple - cette limite pourra ˆetre revue `a la hausse si le surcoˆut de capacit´e est faible par rapport `a celui de puissance.
Une taille viable est une capacit´e faisable qui permet - avec la charge adaptative - de respecter le sc´enario ; elle est not´ee S∗. Un tarif de revente d’´energie F IT∗ est dit viable s’il est inf´erieur `a 300, resp. 400, e/MWh pour les sc´enarios non garantis tels le lissage horaire (S1), resp. pour le sc´enario de fourniture d’une puissance garantie (S2). L’´etoile ∗ signifie que la valeur de la variable est le r´esultat d’une optimisation - maximisation pour les puissances, minimisation pour les tailles et tarifs de revente - permettant de respecter le sc´enario. L’objectif est alors de trouver des solutions non forc´ement les meilleures possibles (optimums globaux) mais viables i.e. des couples (S∗,F IT∗) qui satisfont aux contraintes technico-´economiques suivantes :
S∗ ≤ Sf aisable,max = 2000 kWh/MWc, (4.1)
F ITS1∗ ≤ F ITS1,viable,max = 300 e/MWh, (4.2)
F ITS2∗ ≤ F ITS2,viable,max = 400 e/MWh. (4.3)
Le dimensionnement technico-´economique consiste `a faire varier une ou plusieurs va-riables, par exemple le niveau de puissance - directement la puissance garantie PG (S2) ou la variable coef prev (S1) - afin de trouver une solution viable (S∗,F IT∗). La variable coef prev∗, resp. PG∗, est alors la part de la pr´evision, resp. la puissance garantie, maximale inject´ee au r´eseau pour laquelle un solution viable (S∗, F IT∗) peut ˆetre trouv´ee. Notons que le calcul du tarif de revente minimal F IT∗ est exact pour la premi`ere ann´ee mais en l’absence de donn´ees historiques r´eelles de production sur 20 ans, l’´energie conforme donc le revenu est consid´er´e constant, `a l’actualisation pr`es [net present value ou NPV], pour les ann´ees suivantes.
Ce dimensionnement S∗ que nous continuerons `a qualifier d’“optimal” dans le sens pr´ecis´e ci-dessus est donn´e, selon le sc´enario :
— en fonction de la tol´erance tol, `a niveau de puissance fix´e par le param`etre coef prev pris ´egal `a 1 (valeur de base). Cette valeur signifie que la pr´evision horaire est annonc´ee telle quelle la veille pour le lendemain par le producteur au gestionnaire (figure 4.4),
— en fonction du niveau de puissance, `a tol´erance fix´ee `a 25% de la moyenne annuelle de production (valeur de base), en faisant varier la part de pr´evision annonc´ee (sc´enarios S1).
La m´ethode it´erative d’exploration de l’espace des solutions utilis´ee est donc de type exhaustif puisque la proc´edure (CA) est ex´ecut´ee pour S variant de 0 `a Sviable,max kWh/MWc. Cette d´emarche est rendue possible par la rapidit´e d’ex´ecution de la charge adaptative : moins de 2 secondes pour une trajectoire sur un PC standard en points 10 minutes sur l’ann´ee. En utilisant la monotonie - croissance ou d´ecroissance, v´erifi´ee `a posteriori - des d´efauts donc de la taille viable en fonction, par exemple, du niveau de puissance ou de la tol´erance, la m´ethode par dichotomie permet de trouver la taille opti-male S∗, `a± 5 kWh/MWc pr`es, en environ 11 essais (ex´ecutions (CA)) soit 15 secondes en moyenne.