Scénarios I et II

Pour ces deux premiers scénarios, seul le bloc d’électricité est considéré. L’objectif est d’étudier le potentiel de ce modèle et de valider les bilans de puissance considérés. Le schéma électrique est montré dans la Figure 106.

Le profil de production d’électricité par unité de surface (m²) des PV installées est une donnée d’entrée. Il est tracé dans la Figure 107 en orange. Dans ce même graphe est également représentée l’électricité demandée (en bleu) pour un horizon de temps d’un jour. La fonction d’objectif à optimiser est la minimisation de l’appel du réseau externe en cherchant la surface optimale des panneaux PV à installer.

Figure 106 Schéma électrique considéré Figure 107 Profil de la puissance demandée (en bleu) et de la puissance par unité de surface PV installée produite (en orange) pour un jour type

En ce qui concerne le 1er scénario étudié, seuls les PV et le réseau d’électricité externe peuvent produire de l’électricité. Selon le profil de production d’électricité par unité de surface de PV installés de la Figure 109 entre 19 heures du soir et 8 heures du matin, pour le jour choisi, la puissance électrique fournie par les PV est nulle. Par conséquent, pour cette période dans la journée, les besoins électriques sont satisfaits par le réseau externe. Les PV sont alors dimensionnés afin de pouvoir couvrir les besoins entre 9 heures du matin et 18 heures du soir. La puissance produite par les PV est toujours supérieure à la puissance demandée pour ce créneau horaire. De cette manière, l’électricité provenant du réseau externe est minimisée.

Figure 108 Production PV et demande électrique pour le scénario I

Figure 109 Mix de production électrique pour le scénario I

Les résultats d’optimisation sont présentés dans les figures 108 et 109. La surface optimale des PV est de 7463 m². La capacité de production PV est de 2MW. Le dimensionnement se fait au niveau de 18h ; c’est le moment ou, selon le profil choisi, le PV produit le moins d’électricité. (Figure 108). La puissance produite à 18h par le PV correspond à la puissance demandée à ce moment la. Cette analyse permet une vérification de la pertinence des résultats du modèle. La Figure 109 représente le mix d’électricité pour satisfaire les besoins : en rouge la puissance provenant du PV, et en bleu la puissance provenant du réseau externe.

Réseau elec Demande elec PV Batterie elec

Effectivement, il y a une sur-capacité de production d’électricité, qui atteint les 2MW au moment où la demande n’est que de 86kW. Au totale, seulement 0.7MWh produites par les PV sont consommées sur place. Les 0.9MWh restants pour couvrir la demande proviennent du réseau externe. Ce surplus de production PV est, en partie, lié au déphasage entre le profil de la demande et le profil de la production. Afin de minimiser cet écart, une batterie est donc ajoutée.

Le scénario II consiste au dimensionnement de la batterie et des PV, afin de satisfaire ces mêmes besoins.

Les résultats d’optimisation pour le scénario II sont présentés ci dessous. Le couplage du système PV avec la batterie permet de satisfaire la totalité de besoins sans faire appel au réseau électrique externe.

Figure 110 Production PV et demande électrique pour le scénario II

Figure 111 Mix de production électrique pour le scénario II

La surface optimale des panneaux PV obtenue pour ce cas est de 2857 m². La puissance maximale de l’installation est de 0.76MW électriques. Comme l’indique la Figure 110, la production électrique des PV reste supérieure de la demande à chaque instant où il y a du soleil.

La Figure 111 représente le mix d’électricité pour satisfaire les besoins : en rouge c’est la puissance absorbée provenant des PV, et en bleu la puissance absorbée provenant de la batterie.

La capacité maximale de la batterie est de 0.98MWh. Une grande partie de l’électricité produite par le PV (28% environ) est stockée dans la batterie pendant les heures ensoleillées. La Figure 112 illustre les phases de charge et décharge de la batterie. L’état initial de la batterie est aussi optimisé afin d’obtenir le dimensionnement le plus faible. Il est rappelé que la batterie est cyclique : son état initial est égal à son état final pour chaque cycle de charge- décharge. Dans ce cas de test, la batterie doit être chargée à 37% au début de son cycle.

Figure 112 Charge et décharge pour la batterie électrique

Figure 113 Etat de la batterie au débit de chaque période

La Figure 113 représente l’état de la batterie au début de chaque période. L’état initial correspond à 0.36MWh stockées, qui atteignent les 0.98MWh à 18h. Il est également observé que la batterie se vide au moins une fois pendant son cycle de fonctionnement. Pour cet exemple, ceci est décrit par une contrainte supplémentaire qui a été ajoutée afin de forcer la solution vers le volume minimal (équation (49b)).

Les résultats de ces deux scénarios sont regroupés dans le Tableau 39. Pour le scénario I, les panneaux PV sont dimensionnés afin de couvrir les besoins aux heures ensoleillées. L’intégration de la batterie dans le scénario II permet d’atteindre une autonomie totale du système, minimisant à zéro sa dépendance au réseau électrique externe, tout en obtenant une plus faible surface pour les panneaux PV. En effet, il est observé que, pour le scénario II, la demande à 18h est satisfaite en partie par le PV et en partie par la batterie (Figure 111). Ceci permet d’obtenir une surface 2.5 plus faible pour les PV par rapport au scénario I.

Tableau 39 Synthèse des résultats pour les scénarios I et II

Demande (MWh) Electricité provenant du réseau (MWh) Production PV (MWh) Electricité provenant du PV (MWh) Ratio utilisation PV Electricité provenant de la batterie (MWh) scénario I 1.62 0.92 9.28 0.70 7.54% - scénario II 1.62 - 3.55 0.64 18.05% 0.98

Au-delà de la validation du bloc électrique, ces études permettent l’illustration des possibilités du modèle. Plus précisément le modèle électrique permet :

 Le dimensionnement des PV (et autres moyens de production décentralisée d’électricité)

 Le dimensionnement de la batterie (définition de sa capacité)  L’identification de l’état initial et de l’opération de la batterie  L’injection et l’absorption d’électricité via le réseau électrique

Les résultats du scénario II illustrent que l’intégration d’une batterie électrique couplé au système PV permet de couvrir les besoins électriques sans faire appel au réseau externe. En revanche, à cause du profil solaire, l’énergie produite par le PV est supérieure à l’électricité consommée par les bâtiments. Une partie de cette énergie est donc exportée au réseau externe. Considérer un chauffe eau électrique pourrait diminuer la quantité d’énergie exportée au réseau. Le scénario III consiste à l’étude simultanée d’un réseau multi-énergie, intégrant des besoins de chaleur et d’électricité.