Flexibilité pour le réseau électrique à forte pénétration de systèmes photovoltaïques par l'optimisation du pilotage des consommations

Dans un contexte de transition énergétique, les réseaux électriques subissent de profondes mutations. L'utilisation croissante des énergies renouvelables, notamment de celles dont la production est intermittente et difficilement pilotable, pose des questions de sécurité d'approvisionnement en électricité. Les réseaux électriques, conçus pour acheminer l'électricité en fonction de la demande depuis les lieux de production en haute-tension vers les lieux de consommation en basse-tension, doivent être en mesure d'accueillir les flux montants générés par une quantité grandissante de systèmes de production non-pilotables, de plus faible puissance mais souvent raccordés directement au réseau de distribution. L'accueil de cette production décentralisée présente des défis, mais aussi des opportunités de diminuer les quantités d'énergie et de puissance transitant sur les réseaux électriques. La digitalisation grandissante de nos sociétés peut représenter dans ce contexte un levier de flexibilité en rendant possible le pilotage d'une plus grande part de la consommation face à une production devenant moins pilotable.Ces travaux de thèse portent sur les possibilités de pilotage de la consommation résidentielle, dans des quartiers à fort taux de pénétration de systèmes photovoltaïques, afin de fournir des services de flexibilité aux gestionnaires de réseaux et de réduire l'impact de la production décentralisée sur les infrastructures de distribution de l'électricité. Les stratégies de pilotage optimal, basées sur des formulations en programmation linéaire en nombres entiers des problèmes d'optimisation à résoudre, permettent d'introduire de la flexibilité dans certaines consommations résidentielles présentes dans un grand nombre de foyers. Ces stratégies de pilotage sont basées sur une gestion collective de la consommation, à l'échelle d'un quartier, afin de bénéficier du foisonnement découlant de l'agrégation d'un ensemble de profils de consommation. Elles permettent à la fois d'augmenter la quantité d'énergie autoconsommée et de réduire l'amplitude des échanges de puissance, ainsi que de proposer des services de modulation ou d'effacement d'une partie de la consommation du quartier.Ces stratégies ont été appliquées à un cas d'étude, modélisé de manière détaillée sur un banc de test virtuel, de manière à caractériser leur capacité à répondre aux divers objectifs. En particulier, leur robustesse face aux incertitudes de prévision et aux simplifications inhérentes à la modélisation a pu être évaluée. Les résultats montrent que l'optimisation des plages d'usage d'appareils électroménagers, à l'échelle d'un quartier, permet de moduler la consommation de manière précise et robuste face aux erreurs de prévisions. Cette possibilité de modulation de la consommation permet de réduire les déviations de tension au sein du micro-réseau. Les systèmes de chauffage représentent quant à eux un potentiel d'effacement intéressant, qui peut être exploité en modifiant marginalement les consignes de température régissant leur fonctionnement. Les résultats montrent qu'il est possible de modifier ces consignes de température de manière à effacer la quantité de puissance souhaitée tout en limitant les effets de rebond, sous réserve de disposer d'une modélisation fiable du comportement thermique des bâtiments.