Étude et modélisation d’un réseau intelligent avec l’intégration de systèmes photovoltaïques, éoliens et de stockage d’énergie (batteries et hydrogène)

Les progrès technologiques constituent une étape vers le développement économique. En conséquence, les sources d'énergie renouvelables (SER) sont de plus en plus intégrées dans le secteur énergétique. Récemment, le marché des véhicules électriques (VE) est en pleine expansion, introduisant également les stations de recharge électrique dans la conception des micro-réseaux. Afin de réduire le temps de recharge des VE tout en améliorant la durée de vie des batteries, il est donc nécessaire de mettre en place une stratégie de recharge rapide la moins invasive possible. De plus, pour garantir une conception rentable des micro-réseaux, il est nécessaire de mettre en place des stratégies de dimensionnement et de gestion appropriées. Ainsi, cette thèse de doctorat contribue à développer un protocole de recharge rapide pour les systèmes de véhicules électriques et à optimiser la conception des micro-réseaux incluant des stations de recharge rapide et les électrolyseurs pour la production d'hydrogène vert. En ce qui concerne l'optimisation de la conception des micro-réseaux, trois sites ont été pris en compte comme études de cas : Kano (Nigéria), Dakhla (Maroc) et Cherbourg (France). Le système a été optimisé combinant la minimisation des coûts et la maximisation des bénéfices annuels. Le problème a été résolu à l'aide de l'optimisation par PSO. L'efficacité de la PSO a été prouvée en comparant les résultats obtenus avec la méthode d'optimisation par loups gris (GWO). Une analyse de sensibilité axée sur la variation du prix de vente de l'hydrogène a été réalisée tout en évaluant le retour d’investissement. Les comparaisons de performances entre PSO et GWO ont révélé des résultats presque similaires pour les composants du micro-réseau, mais la PSO converge en moins d'itérations que la GWO. Les résultats de sensibilité ont montré qu'un emplacement bénéficiant à la fois de plusieurs ressources (solaires et éoliennes) avait un rendement de production d'hydrogène plus élevé, ce qui permettait d'obtenir un meilleur retour d’investissement. Enfin, deux nouveaux sites ont été étudiés : Caen (nord-ouest de la France) et Marseille (sud-est de la France). Les résultats ont confirmé l'avantage stratégique d'une conception hybride du système RES, qui offre de meilleurs avantages économiques. Concernant le développement du protocole de charge rapide, nous avons étudié la méthode de charge à courant pulsé. Tout d'abord, l'effet de trois cycles de service à 33 %, 50 % et 66 % de la période totale ont été testés à des fréquences comprises entre 0,0167 Hz et 1,6667 Hz sur la technologie. Le protocole de charge (PPC) avec un cycle de service de 50 % s'est avéré offrir un compromis satisfaisant entre le temps de charge et les performances thermiques. Il a donc été utilisé dans cette thèse. De plus, l'impact des fréquences plus élevées (1 Hz, 5 Hz, 10 Hz et 25 Hz) a été étudié à un cycle de service de 50 %. Il a été constaté que le protocole de charge PPC à un cycle de service de 50 % et à 1 Hz offrait de bonnes performances et que la batterie était chargée de 0 à 100% (recharge complète) en environ 38 minutes. Enfin, un test de vieillissement à long terme a été réalisé afin d'évaluer l'impact du protocole PPC optimisé. Quatre cellules ont été échantillonnées. Le protocole PPC proposé a été utilisé pour cycler la cellule LFP3. Puis, les protocoles CC à 1C et 1,5C et le profil de charge APC à 50 % de cycle de service et 1 Hz, ont été utilisés pour cycler les cellules LFP1, LFP2 et LFP4. La cellule LFP2 a présenté le taux de dégradation de capacité le plus élevé ; une perte de 7,42 % après 299 cycles. La LFP3 a présenté une faible dégradation ; inférieure à 1CC et 1.5CC avec la plus faible augmentation de résistance.