Sizing, optimization and energy management of a hybrid system based on three generators

Abstract

Cette th`ese porte sur la mod´elisation, le dimensionnement optimal et la gestion de l’´energie d’un syst`eme hybride d’´energie renouvelable destin´e `a l’approvisionnement en ´electricit´e des installations p´etroli`eres et gazi`eres situ´ees dans le sud de l’Alg´erie. L’augmentation mondiale de la demande en ´energie, accompagn´ee de pr´eoccupations environnementales appelant `a des sources d’´energie plus propres, souligne l’urgence d’int´egrer les sources renouvelables dans les industries, en particulier dans le secteur p´etrolier et gazier. Ce travail explore cette transition d’un syst`eme conventionnel `a base de gaz naturel vers des sources d’´energie renouvelables, en abordant les d´efis technico-´economiques et environnementaux qui en r´esultent. Une m´ethodologie compl`ete bas´ee sur la simulation a ´et´e appliqu´ee en utilisant MATLAB pour la repr´esentation des diff´erents composants du syst`eme, notamment les modules photovolta¨ıques (PV), les ´eoliennes (WT), les turbines `a gaz (GT), les syst`emes de stockage d’´energie par batteries (BES) et le stockage d’´energie par hydrog`ene (HES). Dans ce travail, la m´ethodologie d’optimisation a ´et´e mise en œuvre `a l’aide d’algorithmes d’optimisation avanc´es tels que l’algorithme g´en´etique `a tri non- domin´e II (NSGA-II), l’optimisation par essaim particulaire multi-objectifs (MOPSO) et l’algorithme bas´e sur la loi de Fick (FLA), combin´es avec des techniques de gestion de l’´energie bas´ees sur le flux de charge entre la puissance g´en´er´ee et la priorit´e entre les moyens de stockage, dans le but d’am´eliorer l’efficacit´e du syst`eme `a faible coˆut et faibles ´emissions. Les sc´enarios ´etudi´es incluent des syst`emes int´egr´es enti`erement renouvelables ainsi que des tran- sitions partielles `a hauteur de 20 %, 50 % et 80 %, avec des strat´egies incorporant l’int´egration du stockage via BES et HES. Les r´esultats indiquent que, bien que l’int´egration compl`ete des ´energies renouvelables puisse r´eduire presque `a z´ero les ´emissions de dioxyde de carbone (CDE), le coˆut de l’´energie reste plus ´elev´e. En revanche, une int´egration partielle des sources d’´energie renouve- lables (RES) offre une approche plus ´equilibr´ee permettant d’obtenir un coˆut de l’´energie (COE) plus bas tout en r´eduisant consid´erablement les CDE. Par exemple, un syst`eme combinant PV-WT- BES-HES s’est r´ev´el´e ˆetre la configuration la plus efficace pour atteindre une probabilit´e de perte

d’alimentation (LPSP) de 0 %, avec un COE optimis´e et de bonnes performances environnementales. Les r´esultats mettent en ´evidence la faisabilit´e et l’efficacit´e de l’int´egration des ´energies renouve- lables dans l’industrie p´etroli`ere et gazi`ere, offrant ainsi une opportunit´e de r´eduction des ´emissions de carbone tout en assurant une transition vers des syst`emes ´energ´etiques durables.