WO2017174909A1 - Procede d'optimisation de la consommation electrique d'une installation - Google Patents

Procede d'optimisation de la consommation electrique d'une installation Download PDF

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WO2017174909A1
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day
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optimization method
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Fehd Ben-Aicha
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Renault S.A.S.
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Definitions

  • the invention relates to a method for optimizing the electrical consumption of an installation.
  • a stationary storage system reduces the power consumed by an installation on the mains electricity network. Indeed, said storage can store energy when it is cheap or when it is abundant, as when it comes from a renewable energy source, and restore it when the site in question. most needed.
  • the challenge then is to program the instants as well as the charging and discharging powers of the storage system, in order to reduce the power consumption on the sector of the installation. This must be done taking into account the constraints of the storage system, such as maximum charge and discharge energy, maximum charge and discharge power, and so on.
  • a communication standard has been proposed to reduce the overall electricity consumption of a group of buildings connected by an electricity network.
  • a central server sends messages to local servers located in buildings consuming power, to ask them to reduce their consumption in a time range between a moment To and a moment Tf.
  • the application US2015 / 0019036A1 discloses a method implementing means for satisfying this type of request, that is to say to concretely reduce the current consumption between the instant To and the instant Tf.
  • a disadvantage of the method described in this document is that, in the absence of reception of a message sent by a central server, it is unable to optimally reduce the power consumption of the installation. Indeed, it does not implement appropriate means capable of autonomously determining the optimum intervals [To, Tf] on which it would be necessary to reduce the consumption of the installation, as well as the optimal power values to be met under load. and in discharge in these intervals.
  • a method for optimizing the electrical consumption of an installation according to the invention overcomes the drawbacks noted in the state of the art, in particular the reception of external messages, by proposing an autonomous building energy management, effective and at a lower cost.
  • the subject of the invention is a method for optimizing the electrical consumption of an installation connected to an electricity supply network, said installation also being connected to an energy storage system capable of at least partially supplementing the power provided by the network in a discharge phase or to store electrical power supplied by the network in a charging phase.
  • the main characteristic of a method according to the invention is that it comprises the following steps,
  • the principle of an optimization method according to the invention is to lower the power consumption of the installation from the network, by supplementing it with electrical energy supplied by a storage system comprising electric batteries.
  • This energy supplement takes into account the actual electricity consumption of the installation on the network, and is therefore optimally determined. It is not a standard energy supplement provided in a systematic way, but a supplement that is adjusted to the electricity consumption of the installation.
  • the electric batteries constituting the storage system are electric batteries of motor vehicles, which are recycled because they no longer have the capacity to perform their function within said vehicles.
  • An optimization method proposes to use the electrical energy from the storage system so as to smooth the power consumption of the installation on the network, over a predefined period, around its average consumption on said period.
  • the predefined period can range from a few hours to a few days.
  • the average electrical energy consumed by the installation can for example be measured and calculated automatically in real time, or be deducted from previous consumption measured during identical periods.
  • installation is generic and refers to any type of building likely to consume electricity.
  • an installation can for example materialize an industrial site, or a house.
  • the charging or discharging step includes evaluating the charging or discharging power P which minimizes the following term:
  • P b is the average power consumed by the installation between instants To and Tf, • P is the power stored or delivered by the storage system under load or discharge respectively (positive load and negative discharge).
  • the step of evaluating the electrical power consumed by the installation is carried out by a postponement of the power consumed the previous day over the same period if the day is a weekday, or by a postponement of the power consumed the same day the previous weekend over the same period, if it is a weekend day.
  • the power consumption of the installation over a given period is assumed to be identical to that of the previous day over the same period if it is a weekday. For a weekend day, it is assumed that this consumption is identical to that of the corresponding day of the previous week-end.
  • the storage system is also able to store energy from a renewable energy source.
  • the renewable energy source is of photovoltaic type.
  • a method according to the invention comprises a step of determining the average power to be supplied by the renewable energy storage system over a period, said step being carried out by a transfer of the power supplied by the storage system. previous day on the same period if the day is a weekday, or by a carry forward of the power provided by the storage system the same day the previous weekend over the same period if it is a weekend day , a corrective factor being added to said reported power, to account for a possible dispersion of weather conditions from one day to another.
  • meteorology having a random nature, it is important to be able to correct some disparities thereof from one day to another, to give credibility and make more reliable an optimization method according to the invention.
  • the power supplied at a given instant of a day j is calculated as follows:
  • k P is an adaptive correction coefficient
  • a method according to the invention comprises a step of taking into account the periods during which the renewable energy is the most abundant and taking into account at the same time the variation of electricity tariff of the electricity network as a function of discounted off-peak hours or full-rate peak hours, this step including minimizing the parameter,
  • An optimization method has the advantage of being able to reduce the use of the electricity supplied by the electricity grid of the sector and thus to reduce the electricity bill of said installation. It also has the advantage of promoting the use of renewable energies such as for example solar energy without being limited to the nature of said renewable energy. Finally, it has the advantage of being rigorous and reliable because it accurately takes into account the weather conditions as well as the cost of electricity supplied by the electricity grid.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the electrical consumption of a plant and the potential contribution of a renewable energy source
  • FIG. 2 is a logic diagram illustrating the main energy sources used in an optimization method according to the invention
  • FIG. 3 is a logic diagram describing the main elements for the implementation of an optimization method according to the invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a curve illustrating an example of the electrical consumption of an installation as a function of the time and the image of said curve that it is desired to obtain with an optimization method according to the invention
  • FIGS. 5a, 5b and 5c are three diagrams respectively illustrating an example of variation over time of the electrical power consumed by the installation, of the control of the charging and discharging power of a storage system of FIG. stationary energy, and the state of charge of the electric batteries constituting said system
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating the variation over time of the price of electricity consumed by the facility.
  • the use of a stationary storage system 1 comprising recycled electric batteries 2 makes it possible to reduce the power consumed by an installation 3 on the electricity grid 4 of the sector.
  • the storage makes it possible to store the energy when it is cheap or when it is abundant in the case, for example, of a photovoltaic-type renewable energy, and to restore it when the installation 3 in most needed.
  • the curve 30 illustrates an example of the total electrical consumption of an installation 3, the curve 31 an example of the electrical energy consumed by said installation 3 on the electrical network 4 of the sector and the curve 32 an example of the electrical energy produced by a renewable energy source 5 photovoltaic type. It is important to note that when the installation 3 consumes electrical energy from the renewable source 5, the power consumption on the mains 4 of the sector is significantly reduced.
  • installation is a generic term covering one or more buildings that may for example be industrial (s) or domestic (s) such as a house, and may (s) consume electricity.
  • a method for optimizing the electrical consumption of an installation according to the invention makes it possible to program the instants as well as the charging and discharging powers of the stationary storage system 1 in order to reduce the subscription power of the installation. 3.
  • This aim is achieved in particular by taking into account the constraints related to the stationary storage system 1 comprising the electric batteries 2, such as, for example, the maximum charge and discharge energy, the maximum and minimum charge state, etc.
  • an optimization method comprises a step of implementing a stationary energy storage system 1 comprising recycled batteries 2 and a step of implementing a renewable energy source 5 photovoltaic type.
  • Said batteries 2 which are connected to the electrical network 4 of the installation 3, are connected to bodies ensuring the charging / discharging of energy from and to said network 4.
  • One of the aims of an optimization method according to the invention is to be able to optimize the energy management of the installation 3, in an automatic and realistic manner, and with the least cost.
  • said method will promote the use of renewable energy 5 so as to reduce the power consumption of the installation 3 at the level of the electrical network.
  • a controller is allocated to each battery
  • a global controller SC 6 is implemented to ensure the high level control of the stationary storage system 1. It is at this level, for example, that the power allocation is made individually for each battery 2, in order to to meet a global need for electrical power, requested by the installation 3.
  • the global controller 6 comprises at least one computer for controlling a method optimization method according to the invention, taking into account all the parameters related to the power consumption of the installation 3, as well as the characteristics of the batteries 2 of the stationary storage system 1.
  • T s no sampling of the search algorithm of the period [TO, Tf], (for example 30mn).
  • an optimization method comprises a step of determining the electrical consumption of the installation 3 during a predefined period, which may for example be 24 hours, said consumption being materialized by the curve 8 in the diagram of said FIG.
  • the principle of an optimization method according to the invention is to add a charging or discharging power (P) of the stationary storage system 1 to the power (P b ) consumed by the installation 3 so as to smooth the latter.
  • the storage capacity of the set of batteries 2 is between a minimum value of state of charge SOCmm and a maximum value SOCmax.
  • the storage system is functional only for a given range of charge and discharge power.
  • the electrical power consumed by the installation 3 over at least one period is achieved by a transfer of the electric power consumed the previous day over the same period if the day is a weekday, or by a postponement of the electricity consumed the same day of the previous weekend over the same period if it is a weekend day.
  • the electricity consumption over a given period is identical to that of the previous day over the same period.
  • the electricity consumption over a given period is identical to that of the same day of the previous weekend over the same period.
  • k P is the adaptive correction coefficient (it makes it possible to adapt the forecast consumption with a real time adaptation of the instant t the day j; case of a cloud that passes or a dispersion of consumption of the building).
  • the first term of the preceding expression is the prediction based on the value of the previous day if it is a weekday, and the second term is a corrective factor.
  • FIGS. 5a, 5b and 5c illustrate on an example, the result of the validation of the previously described algorithm.
  • Curve 10 of FIG. 5a illustrates an example of the electrical consumption of a plant 3 alternating over time with the phases of high consumption and the phases of low consumption.
  • Curve 11 shows the corrected power consumption of the installation 3 after having applied a charging and discharging power of the stationary storage system 1.
  • the stationary storage system 1 discharges during the phases where the power of the installation 3 is maximum, and that it is charged during the phases where the power is minimal corresponding to a overproduction of renewable energy 5.
  • the constraints on the capacity of the stationary storage system 1 are respected and the energy of the latter is exploited to the maximum. Note also the respect of the constraints on the power of charge / discharge of the system.
  • the charging power is less than 18kW and the discharge power is less than 70kW.
  • An optimization method comprises a step of taking into account the variation in the pricing of electricity as a function of the full or hollow hours.
  • the principle of this consideration is to add to the optimization criterion a term that allows to promote the load of the storage system during off-peak hours.
  • This new criterion promotes energy consumption in areas with the lowest electricity prices and penalizes areas with the highest electricity prices.
  • the optimization criterion will be adapted to favor areas where renewable energy production is the most abundant. For this, we consider the following increased optimization criterion:
  • FIG. 6 illustrates the correlation that can exist between the tariff of electricity from the electricity grid 4 of the sector and the use of renewable energy 5.
  • the curve 20 shows the price electricity over time.
  • This curve 20 has a slot corresponding to a high rate of electricity.
  • the lower curve 21 represents the electric power provided by the renewable energy source 5 and has a bulge materializing a significant use of the renewable energy source 5.
  • This hump is placed at the right of the slot of the upper curve 20, thus showing that it is recommended to use mainly the renewable energy source 5 when the electricity price of the network 4 is high.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

L'invention se rapporte à un procédé d'optimisation de la consommation électrique d'une installation (3) reliée à un réseau de fourniture d'électricité, ladite installation étant également reliée à un système de stockage d'énergie (1) apte à compléter au moins partiellement la puissance électrique fournie par le réseau dans une phase de décharge ou à stocker de la puissance électrique fournie par le réseau dans une phase de charge. La principale caractéristique d'un procédé d'optimisation selon l'invention est qu'il comprend les étapes suivantes, - une étape d'évaluation d'une puissance électrique moyenne consommée par l'installation (3) sur une période donnée, - une étape de charge ou de décharge du système de stockage (1), de manière à lisser sensiblement la puissance électrique fournie par le réseau autour de la puissance moyenne.

Description

PROCEDE D'OPTIMISATION DE LA CONSOMMATION ELECTRIQUE
D'UNE INSTALLATION
L'invention se rapporte à un procédé d'optimisation de la consommation électrique d'une installation.
A force d'être utilisées dans les véhicules, les batteries électriques finissent par s'user et à fournir moins d'énergie.
Le recyclage des batteries de véhicules électriques dans un environnement stationnaire est une solution envisageable pour une seconde vie desdites batteries.
En effet, cette solution semble un compromis idéal pour les batteries n'ayant plus assez d'énergie pour une utilisation embarquée telle que les véhicules électriques, car elles fourniraient une autonomie insuffisante, mais assez pour être utilisées comme un générateur tampon capable à la fois d'emmagasiner de l'énergie à moindre coût, et de la restituer aux moments les plus opportuns selon les besoins.
L'utilisation d'un système de stockage stationnaire permet de réduire la puissance consommée par une installation sur le réseau électrique du secteur. En effet, ledit stockage permet d'emmagasiner de l'énergie lorsqu'elle ne coûte pas cher ou lorsqu'elle est abondante, comme lorsqu'elle est issue d'une source d'énergie renouvelable, et de la restituer lorsque le site en a le plus besoin.
Le défi qui se pose alors est celui de programmer les instants ainsi que les puissances de charge et de décharge du système de stockage, pour pouvoir réduire la consommation électrique sur le secteur de l'installation. Cette démarche doit être conduite en prenant en considération les contraintes du système de stockage, comme par exemple l'énergie maximum de charge et de décharge, la puissance maximum de charge et de décharge, etc.
Dans le cadre de certains projets, il a été proposé un standard de communication visant à diminuer la consommation globale d'électricité d'un ensemble de bâtiments reliés par un réseau électrique. Concrètement, un serveur central envoie des messages à des serveurs locaux situés dans des bâtiments consommateurs de courant, afin de leur demander de diminuer leur consommation dans une plage horaire comprise entre un instant To et un instant Tf.
A ce sujet, la demande US2015/0019036A1 divulgue un procédé mettant en œuvre des moyens permettant de satisfaire ce type de requête, c'est-à-dire de réduire concrètement la consommation de courant entre l'instant To et l'instant Tf. Un inconvénient du procédé décrit dans ce document est que, en l'absence de réception d'un message émis par un serveur central, il est incapable de réduire de manière optimale la consommation électrique de l'installation. En effet, il ne met pas en œuvre des moyens appropriés capables de déterminer de façon autonome, les intervalles [To, Tf] optimum sur lesquels il faudrait réduire la consommation de l'installation, ainsi que les valeurs de puissance optimales à respecter en charge et en décharge dans ces intervalles.
Un procédé d'optimisation de la consommation électrique d'une installation selon l'invention, s'affranchit des inconvénients relevés dans l'état de la technique, notamment de la réception de messages extérieurs, en proposant une gestion énergétique du bâtiment autonome, efficace et à moindre coût.
L'invention a pour objet un procédé d'optimisation de la consommation électrique d'une installation reliée à un réseau de fourniture d'électricité, ladite installation étant également reliée à un système de stockage d'énergie apte à compléter au moins partiellement la puissance électrique fournie par le réseau dans une phase de décharge ou à stocker de la puissance électrique fournie par le réseau dans une phase de charge. La principale caractéristique d'un procédé selon l'invention est qu'il comprend les étapes suivantes,
- une étape d'évaluation d'une puissance électrique moyenne consommée par l'installation (3) sur une période donnée,
- une étape de charge ou de décharge du système de stockage, de manière à lisser sensiblement la puissance électrique fournie par le réseau autour de la puissance moyenne. Le principe d'un procédé d'optimisation selon l'invention est d'abaisser la consommation électrique de l'installation en provenance du réseau, en la complétant avec de l'énergie électrique fournie par un système de stockage comprenant des batteries électriques. Ce complément énergétique tient compte de la consommation réelle en électricité de l'installation sur le réseau, et est donc déterminé de façon optimisée. Il ne s'agit pas d'un complément énergétique standard fourni de façon systématique, mais d'un complément qui est ajusté par rapport à la consommation en électricité de l'installation . Préférentiellement, les batteries électriques constituant le système de stockage sont des batteries électriques de véhicules automobiles, qui sont recyclées car elles n'ont plus la capacité de remplir leur fonction au sein desdits véhicules. Un procédé d'optimisation selon l'invention propose d'utiliser l'énergie électrique en provenance du système de stockage de manière à lisser la consommation électrique de l'installation sur le réseau, sur une période prédéfinie, autour de sa consommation moyenne sur ladite période. A titre d'exemple, la période prédéfinie peut aller de quelques heures à quelques jours. L'énergie électrique moyenne consommée par l'installation peut par exemple être mesurée et calculée automatiquement en temps réel, ou bien être déduite de consommations antérieures mesurées lors de périodes identiques. Il est à noter que le terme « installation » est générique et désigne tout type de bâtiments susceptibles de consommer de l'électricité. Ainsi, une installation peut par exemple matérialiser un site industriel, ou une maison individuelle.
Avantageusement, l'étape de charge ou de décharge inclut d'évaluer la puissance P de charge ou de décharge qui minimise le terme suivant :
Figure imgf000005_0001
Pb est la puissance moyenne consommée par l'installation entre des instants To et Tf, • P est la puissance stockée ou délivrée par le système de stockage en charge ou en décharge respectivement (positive en charge et négative en décharge).
De façon préférentielle, l'étape d'évaluation de la puissance électrique consommée par l'installation est réalisée par un report de la puissance consommée le jour précédent sur la même période si le jour est un jour de semaine, ou par un report de la puissance consommée le même jour le weekend précédent sur la même période, s'il s'agit d'un jour de weekend. De cette manière, la consommation électrique de l'installation sur une période donnée est supposée être identique à celle du jour précédent sur la même période s'il s'agit d'un jour de semaine. Pour un jour de week-end, on suppose que cette consommation est identique à celle du jour correspondant du week- end précédent.
Préférentiellement, le système de stockage est également apte à stocker de l'énergie issue d'une source d'énergie renouvelable.
De façon avantageuse, la source d'énergie renouvelable est de type photovoltaïque.
Avantageusement, un procédé selon l'invention comprend une étape de détermination de la puissance moyenne à fournir par le système de stockage de l'énergie renouvelable sur une période, ladite étape étant réalisée par un report de la puissance fournie par le système de stockage le jour précédent sur la même période si le jour est un jour de semaine, ou par un report de la puissance fournie par le système de stockage le même jour le weekend précédent sur la même période s'il s'agit d'un jour de weekend, un facteur correctif étant ajouté à ladite puissance reportée, pour tenir compte d'une éventuelle dispersion des conditions météorologiques d'un jour à l'autre. En effet, la météorologie présentant un caractère aléatoire, il est important de pouvoir corriger certaines disparités de celle-ci d'un jour à l'autre, pour crédibiliser et rendre plus fiable un procédé d'optimisation selon l'invention. De façon préférentielle, la puissance fournie reportée à un instant donné d'un jour j, est calculée de la manière suivante :
Figure imgf000007_0001
Où,
Figure imgf000007_0003
est la puissance fournie au même instant du jour
est la puissance consommée audit instant du jour j,
est la puissance consommée au même instant du jour j-1, kP est un coefficient de correction adaptatif.
Préférentiellement, un procédé selon l'invention comprend une étape de prise en compte des périodes au cours desquelles l'énergie renouvelable est la plus abondante et en prenant en même temps en compte la variation de tarification de l'électricité du réseau électrique en fonction des heures creuses à tarif réduit ou des heures pleines à tarif plein, cette étape incluant de minimiser le paramètre,
Figure imgf000007_0004
Où
Figure imgf000007_0005
représente le coût de l'électricité prélevé sur le secteur ; Où représente le prix de l'électricité à la
Figure imgf000007_0002
discrétisation /' de la journée. Ainsi, dans les cas d'une tarification variable de l'énergie entre une heure creuse et une heure pleine, nous pouvons par exemple avoir un prix horaire de 5 centimes entre Oh et lh, de 8 centimes entre 7h et 20h, et de 5 centimes entre 20h et 23h.
Figure imgf000007_0006
représente le coût fictif apporté par l'énergie photovoltaïque ; représentant la disponibilité de l'énergie renouvelable à la discrétisation k de la journée.
Figure imgf000007_0007
est le vecteur des puissances du système de stockage aux discrétisations k de la journée. sont des paramètres de calibration qui permettent de faire l'arbitrage
Figure imgf000007_0008
entre les différents termes du critère générale d'optimisation selon lequel on cherche à minimiser la variance de la consommation du site, le report de consommation heure creuse/heure pleine pour minimiser l'énergie consommée sur le secteur ou la maximisation d'exploitation des énergies renouvelables.
Un procédé d'optimisation selon l'invention présente l'avantage de pouvoir réduire l'utilisation de l'électricité fournie par le réseau électrique du secteur et donc de réduire la facture d'électricité de ladite installation. Il a de plus l'avantage de favoriser l'utilisation des énergies renouvelables telles que par exemple l'énergie solaire sans être limité sur la nature de ladite énergie renouvelable. Il présente enfin l'avantage d'être rigoureux et fiable, car il prend en compte de façon précise les conditions météorologiques ainsi que le coût de l'électricité fournie par le réseau électrique.
Pour la prise en compte des conditions météorologiques, il y a plusieurs façons de faire :
• soit en connectant notre système à un système de prévision météorologique,
• soit on intègre dans nos stratégies des cartographies statistiques des données météorologiques.
On donne ci-après une description détaillée d'un procédé d'optimisation selon l'invention en se référant aux figures suivantes :
- La figure 1 est un diagramme illustrant un exemple de la consommation électrique d'une installation et de l'apport potentiel d'une source d'énergie renouvelable,
- La figure 2 est un logigramme illustrant les principales sources d'énergie mises en œuvre dans un procédé d'optimisation selon l'invention,
- La figure 3 est un logigramme décrivant les principaux éléments pour la mise en œuvre d'un procédé d'optimisation selon l'invention,
- La figure 4 est un diagramme montrant une courbe illustrant un exemple de la consommation électrique d'une installation en fonction du temps et de l'image de ladite courbe que l'on souhaite obtenir avec un procédé d'optimisation selon l'invention, - Les figures 5a, 5b et 5c sont trois diagrammes illustrant respectivement un exemple de variation au cours du temps de la puissance électrique consommée par l'installation, de la commande de la puissance de charge et de décharge d'un système de stockage d'énergie stationnaire, et de l'état de charge des batteries électriques constituant ledit système,
- La figure 6 est un diagramme illustrant schématiquement la variation au cours du temps du prix de l'électricité consommée par l'installation.
Le recyclage des batteries de véhicule électrique dans un environnement stationnaire est une solution envisageable pour une seconde vie desdites piles.
En effet cette solution semble un compromis idéal pour les batteries n'ayant plus assez d'énergie pour une utilisation embarquée telle que les véhicules électriques car elles ne fourniraient pas une autonomie suffisante, mais assez pour être considérées comme un générateur tampon capable à la fois d'emmagasiner de l'énergie à moindre coût, et de la restituer aux moments les plus opportuns selon les besoins.
En se référant à la figure 2, l'utilisation d'un système de stockage stationnaire 1 comprenant des batteries 2 électriques recyclées, permet de réduire la puissance consommée par une installation 3 sur le réseau électrique 4 du secteur. En effet, le stockage permet d'emmagasiner l'énergie lorsqu'elle ne coûte pas cher ou lorsqu'elle est abondante dans le cas par exemple d'une énergie renouvelable 5 de type photovoltaïque, et de la restituer lorsque l'installation 3 en a le plus besoin.
En se référant à la figure 1, la courbe 30 illustre un exemple de la consommation électrique totale d'une installation 3, la courbe 31 un exemple de l'énergie électrique consommée par ladite installation 3 sur le réseau électrique 4 du secteur et la courbe 32 un exemple de l'énergie électrique produite par une source énergétique renouvelable 5 de type photovoltaïque. Il est important de noter que lorsque l'installation 3 consomme de l'énergie électrique en provenance de la source renouvelable 5, la consommation électrique sur le réseau électrique 4 du secteur est significativement réduite. Le terme « installation » est un terme générique couvrant un ou plusieurs bâtiments pouvant par exemple être industriel(s) ou domestique(s) comme une maison individuelle, et susceptible(s) de consommer de l'électricité.
Un procédé d'optimisation de la consommation électrique d'une installation selon l'invention, permet de programmer les instants ainsi que les puissances de charge et de décharge du système de stockage stationnaire 1 pour pouvoir réduire la puissance d'abonnement de l'installation 3. Ce but est notamment atteint en prenant en considération les contraintes liées au système de stockage stationnaire 1 comprenant les batteries électriques 2, comme par exemple l'énergie maximale de charge et de décharge, l'état de charge maximal et minimal, etc.
En se référant à la figure 2, un procédé d'optimisation selon l'invention comprend une étape de mise en œuvre d'un système de stockage d'énergie stationnaire 1 comprenant des batteries 2 recyclées et une étape de mise en œuvre d'une source d'énergie renouvelable 5 de type photovoltaïque. Lesdites batteries 2, qui sont raccordées au réseau électrique 4 de l'installation 3, sont connectées à des organes assurant la charge/décharge de l'énergie depuis et vers ledit réseau 4.
L'un des buts d'un procédé d'optimisation selon l'invention, est de pouvoir optimiser la gestion énergétique de l'installation 3, d'une façon automatique et réaliste, et avec le moindre coût. Autrement dit, ledit procédé va favoriser l'utilisation de l'énergie renouvelable 5 de façon à réduire la consommation électrique de l'installation 3 au niveau du réseau électrique.
En se référant à la figure 3, un contrôleur est alloué à chaque batterie
2 pour permettre d'assurer le pilotage bas niveau de ladite batterie 2.
Un contrôleur global 6 SC est mis en œuvre pour assurer le contrôle haut niveau du système de stockage stationnaire 1. C'est à ce niveau, par exemple, que l'on fait l'allocation de puissance individuellement pour chaque batterie 2, afin de répondre à un besoin global en puissance électrique, demandé par l'installation 3. De façon conventionnelle, un compteur 7 permet de mesurer la consommation électrique de l'installation 3. Le contrôleur global 6 comprend au moins un calculateur permettant de piloter un procédé d'optimisation selon l'invention, en prenant en compte tous les paramètres liés à la consommation électrique de l'installation 3, ainsi que les caractéristiques des batteries 2 du système de stockage stationnaire 1.
Voici la liste des notations des principaux paramètres qui vont être utilisés pour la suite de la description détaillée.
Pb : puissance électrique consommée par l'installation,
P : puissance électrique du système de stockage stationnaire 1, qui est positive en charge et négative en décharge,
J : critère d'optimisation
[To, Tf] : intervalle de calcul de l'optimisation par exemple [Oh, 24h (le lendemain)]
SOC : état de charge équivalent du système de stockage
SOC minimal au quel on permet la décharge.
Figure imgf000011_0003
SOC maximal au quel on permet la charge.
Figure imgf000011_0002
' puissance maximale de la décharge
Figure imgf000011_0001
puissance maximale de la charge
Ts : pas d'échantillonnage de l'algorithme de recherche de la période [TO, Tf], (par exemple 30mn).
En se référant à la figure 4, un procédé d'optimisation selon l'invention comprend une étape de détermination de la consommation électrique de l'installation 3 au cours d'une période prédéfinie, pouvant par exemple être de 24heures, ladite consommation étant matérialisée par la courbe 8 sur le diagramme de ladite figure 4.
Le principe d'un procédé d'optimisation selon l'invention est d'ajouter une puissance de charge ou de décharge (P) du système de stockage stationnaire 1 à la puissance (Pb ) consommée par l'installation 3 de manière à lisser cette dernière.
Pour cela, nous retranchons de la valeur de la puissance électrique consommée par l'installation 3 sa valeur moyenne, et nous obtenons alors la courbe 9. Ensuite nous cherchons à minimiser le terme par ajout de la puissance de charge ou de décharge ( P ) afin de faire tendre la courbe 9 vers une droite parallèle à l'axe des abscisses. Le terme Pb correspond à la puissance électrique Pb consommée par l'installation 3, à laquelle a été retranchée la valeur moyenne de ladite consommation sur une période prédéfinie.
Il faut également tenir compte des contraintes du système de stockage. En effet, la capacité de stockage de l'ensemble des batteries 2 est comprise entre une valeur minimale d'état de charge SOCmm et une valeur maximale SOCmax.
De plus, le système de stockage est fonctionnel uniquement pour une plage donnée de puissance de charge et de décharge.
On peut alors formuler le problème d'autoconsommation de l'installation 3 comme étant un problème d'optimisation sous contrainte qui peut être écrit comme suit :
Figure imgf000012_0001
Pour résoudre ce problème, nous allons procéder à une discrétisation de ces équations.
Figure imgf000013_0001
Qui peut se résoudre par la méthode du point intérieur (algorithme de Karuch-Khan-Tuker).
De cette manière, nous déterminons la puissance optimale du système de stockage 1, qui permet de lisser la consommation de l'installation 3, sauf que cet algorithme nécessite la connaissance a priori de la consommation électrique du bâtiment.
Pour ce faire, il est supposé que la puissance électrique consommée par l'installation 3 sur au moins une période est réalisée par un report de la puissance électrique consommée le jour précédent sur la même période si le jour est un jour de semaine, ou par un report de la consommation électrique consommée le même jour du weekend précédent sur la même période s'il s'agit d'un jour de weekend . Autrement dit, il est supposé que pour un jour de la semaine, la consommation électrique sur une période donnée est identique à celle du jour précédent sur la même période. Pour un jour du weekend, il est supposé que la consommation électrique sur une période donnée est identique à celle du même jour du weekend précédent sur la même période.
Dans le cas d'une installation 3 qui dispose d'une source d'énergie renouvelable 5 du type « photovoltaïque », la puissance produite dépend essentiellement de la météorologie. On considère dans ce cas de figure, que la météorologie varie faiblement d'un jour à l'autre.
De cette manière, pour un jour de semaine nous déterminons la commande du système de stockage 1 en se basant sur la consommation énergétique du jour précédent, et pour un jour du weekend en se basant sur la consommation énergétique du même jour mais du weekend précédent.
Cette stratégie est très adaptée aux sites où les consommations sont répétables d'un jour à l'autre. En revanche, pour les cas où il y a une dispersion de la consommation électrique d'une journée à une autre, en raison d'une météorologie changeante, il convient d'introduire un facteur correctif au niveau de la prévision de ladite consommation électrique.
On corrige ainsi la commande calculée en prédictif pour un terme correctif instantané basé sur la consommation journalière du site comparé à celle du jour précédent au même moment :
Figure imgf000014_0001
Où, est la puissance du système de stockage au jour j au pas
Figure imgf000014_0004
d'échantillonnage k.Ts
Figure imgf000014_0002
est la puissance du système de stockage au jour j-1 au pas d'échantillonnage k.Ts (même moment de la journée)
est la puissance du bâtiment au jour j au pas d'échantillonnage k.Ts
Figure imgf000014_0003
est la puissance du bâtiment au jour j-1 au pas d'échantillonnage k.Ts (même moment de la journée)
kP est le coefficient de correction adaptatif (il permet d'adapter la consommation prévisionnelle avec une adaptation temps réelle de l'instant t la journée j ; cas d'un nuage qui passe ou d'une dispersion de consommation du bâtiment).
Le premier terme de l'expression précédente correspond à la prévision basée sur la valeur du jour précédent s'il s'agit d'un jour de semaine, et le deuxième terme correspond à un facteur correctif.
Les figures 5a, 5b et 5c illustrent sur un exemple, le résultat de la validation de l'algorithme précédemment décrit.
Pour pouvoir appliquer la stratégie adaptative précédemment décrite, nous avons besoin de réserver une partie de l'énergie batterie et de la dédier à contrebalancer les perturbations qui peuvent apparaître d'un jour à l'autre sur la consommation de l'installation ou sur la production d'énergie renouvelable. Pour cela, dans la stratégie optimale de calcul de trajectoire de charge/décharge du système de stockage, en se référant à la figure 5c, nous contraignons le système 1 à évoluer dans la plage [SOCmin, SOCmax] = [10%,90%] . L'énergie restante peut par exemple être réservée aux phénomènes aléatoires.
La courbe 10 de la figure 5a illustre un exemple de la consommation électrique d'une installation 3 alternant au cours du temps les phases de forte consommation et les phases de faible consommation. La courbe 11 matérialise la consommation électrique corrigée de l'installation 3 après avoir appliquer une puissance de charge et de décharge du système de stockage stationnaire 1.
En se référant à la figure 5b, on remarque que le système de stockage stationnaire 1 se décharge pendant les phases où la puissance de l'installation 3 est maximale, et qu'il se charge pendant les phases où la puissance est minimale correspondant à une surproduction d'énergie renouvelable 5.
Les contraintes sur la capacité du système de stockage stationnaire 1 sont respectées et l'énergie de ce dernier est exploitée au maximum. On remarque également le respect des contraintes sur les puissances de charge/décharge du système. La puissance de charge est inférieure à 18kW et la puissance de décharge est inférieure à 70 kW.
Un procédé d'optimisation selon l'invention comprend une étape de prise en compte de la variation de tarification de l'électricité en fonction des heures pleines ou creuses.
Le principe de cette prise en compte est de rajouter au critère d'optimisation un terme qui permet de favoriser la charge du système de stockage pendant les heures creuses.
Pour cela nous définissons la fonction coût suivante :
Figure imgf000015_0001
Où représente le prix de l'électricité à la discrétisation /' de la
Figure imgf000015_0002
journée. Ce nouveau critère permet de favoriser la consommation de l'énergie dans les zones où les prix de l'électricité sont les plus faible et de pénaliser les zones où les prix de l'électricité sont les plus élevé. Le critère d'optimisation va être adapté pour favoriser les zones où la production d'énergie renouvelable est la plus abondante. Pour cela, nous considérons le critère d'optimisation augmenté suivant:
Figure imgf000016_0001
La figure 6 illustre la corrélation qu'il peut exister entre le tarif de l'électricité issu du réseau électrique 4 du secteur et l'utilisation de l'énergie renouvelable 5. Sur le diagramme de la figure 6, la courbe 20 matérialise le prix de l'électricité au cours du temps. Cette courbe 20 présente un créneau correspondant à un tarif élevé de l'électricité. La courbe inférieure 21 représente la puissance électrique fournie par la source d'énergie renouvelable 5 et présente une bosse matérialisant une utilisation importante de la source d'énergie renouvelable 5. Cette bosse est placée au droit du créneau de la courbe supérieure 20, montrant ainsi qu'il est recommandé d'utiliser majoritairement la source d'énergie renouvelable 5 lorsque le prix de l'électricité du réseau 4 est élevé.

Claims

REVENDICATIONS 1 . Procédé d'optimisation de la consommation électrique d'une installation (3) reliée à un réseau de fourniture d'électricité, ladite installation étant également reliée à un système de stockage d'énergie ( 1) apte à compléter au moins partiellement la puissance électrique fournie par le réseau dans une phase de décharge ou à stocker de la puissance électrique fournie par le réseau dans une phase de charge, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes,
- une étape d'évaluation d'une puissance électrique moyenne consommée par l'installation (3) sur une période donnée,
- une étape de charge ou de décharge du système de stockage (1), de manière à lisser sensiblement la puissance électrique fournie par le réseau autour de la puissance moyenne.
2. Procédé d'optimisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de charge ou de décharge inclut d'évaluer la puissance P de charge ou de décharge qui minimise le terme suivant :
Figure imgf000017_0001
Où : _
• Pb est la puissance moyenne consommée par l'installation entre des instants To et Tf,
• P est la puissance stockée ou délivrée par le système de
stockage en charge ou en décharge respectivement.
3. Procédé d'optimisation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape d'évaluation de la puissance électrique consommée par l'installation (3) est réalisée par un report de la puissance consommée le jour précédent sur la même période si le jour est un jour de semaine, ou par un report de la puissance consommée le même jour le weekend précédent sur la même période, s'il s'agit d'un jour de weekend .
4. Procédé d'optimisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le système de stockage est également apte à stocker de l'énergie issue d'une source d'énergie renouvelable (5).
5. Procédé d'optimisation selon la revendication 6, caractérisé en ce que la source d'énergie renouvelable (5) est de type photovoltaïque.
6. Procédé d'optimisation selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détermination de la puissance moyenne à fournir par le système de stockage de l'énergie renouvelable (5) sur une période, et en ce que ladite étape est réalisée par un report de la puissance fournie par le système de stockage le jour précédent sur la même période si le jour est un jour de semaine, ou par un report de la puissance fournie par le système de stockage le même jour le weekend précédent sur la même période s'il s'agit d'un jour de weekend, un facteur correctif étant ajouté à ladite puissance reportée, pour tenir compte d'une éventuelle dispersion des conditions météorologiques d'un jour à l'autre.
7. Procédé d'optimisation selon la revendication 6, caractérisé en ce que la puissance fournie reportée à un instant donné d'un jour j, est calculée de la manière suivante :
Figure imgf000018_0001
Où,
est la puissance fournie au même instant du jour j-1,
Figure imgf000018_0002
est la puissance consommée audit instant du jour j,
est la puissance consommée au même instant du jour j-1, kP est un coefficient de correction adaptatif.
8. Procédé d'optimisation selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de prise en compte des périodes au cours desquelles l'énergie renouvelable est la plus abondante et en prenant en même temps en compte la variation de tarification de l'électricité du réseau électrique en fonction des heures creuses ou pleines, cette étape incluant de minimiser le paramètre,
Figure imgf000019_0002
Où représente le coût de l'électricité
Figure imgf000019_0003
prélevé sur le secteur,
Figure imgf000019_0001
représentant le prix de l'électricité à la discrétisation i de la journée ;
Où représente le coût fictif apporté par
Figure imgf000019_0004
l'énergie photovoltaïque, représentant la disponibilité de l'énergie
Figure imgf000019_0007
renouvelable à la discrétisation k de la journée ;
Où est le vecteur des puissances du système de stockage
Figure imgf000019_0005
aux discrétisations k de la journée ;
Où sont des paramètres de calibration.
Figure imgf000019_0006
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