Optimization Methods for Renewable Energy Communities : Operations, Benefit Sharing, Flexibility Provision, Expansion

Méthodes d’Optimisation pour les Communautés d’Energie Locales : Gestion, Partage des Bénéfices, Flexibilité et Expansion La transition énergétique durable conduit à l'adoption d'énergie renouvelables et au passage d'une architecture centralisée à des systèmes décentralisés. Cette évolution confère un rôle actif aux utilisateurs finaux, qui deviennent des "consommateurs". Ces consommateurs possèdent des ressources énergétiques distribuées (DER) pour produire de l'énergie localement, ce qui leur permet d'être plus indépendants. Les communautés d'énergie (CE) et autoconsommation collective (ACC) étendent cette caractéristique en permettant les échanges et les transactions entre les utilisateurs finaux.Cette thèse est basée sur un doctorat industriel avec une start-up française, SWEEN, qui joue un rôle d'opérateur de CE. Nous nous concentrons sur la gestion efficace des CE à travers différentes dimensions. L'objectif principal est d'atteindre le bien-être social collectif tout en garantissant l'équité entre les membres. Pour ce faire, nous proposons une stratégie de gestion en deux étapes : la première étape étudie le contrôle opérationnel des DER flexibles par le biais de stratégies de gestion de l'énergie (EMS) et la seconde étape est consacrée à l'allocation de la production de la communauté à chaque membre en utilisant des coefficients connus sous le nom de "clés de répartition" (KOR). Notre analyse englobe 40 combinaisons, impliquant quatre types de gestion de l'énergie et dix clés de répartition, allant des stratégies de base aux stratégies avancées. Ils couvrent un large éventail de préférences pour les différentes communautés qui peuvent vouloir mettre en œuvre un fonctionnement sur mesure et un partage des bénéfices.Le problème de l'allocation d'énergie est important pour s'assurer que personne n'est économiquement marginalisé. Nous utilisons une étude de cas réelle d'une CE située dans le sud de la France, comprenant sept participants équipés de diverses DER, telles que des solaires photovoltaïques, des batteries et des véhicules électriques. L'énergie allouée par la communauté à chaque membre influence de manière significative leurs factures d'électricité mensuelles. La combinaison d'un EMS basé sur l'optimisation qui maximise le ratio d'autosuffisance et d'une KOR qui optimise la réduction de la facture individuelle donne les résultats les plus favorables en termes d'économies collectives et d'équité (allant de 11 à 19% d'économies).En outre, nous explorons une source de revenus supplémentaire par la participation à d'autres marchés de l'énergie, tels que les services d'équilibrage. Ce manuscrit introduit une optimisation pour évaluer les bénéfices des CE de deux points de vue : i) l'autoconsommation de la production locale et ii) la rémunération provenant de la participation au marché d'équilibre, en particulier pour la réserve manuelle de rétablissement de la fréquence (mFRR). Dans la méthode proposée, un compromis est établi pour trouver l'équilibre optimal entre la gestion de l'énergie de la CE et sa contribution flexible aux services du réseau. Nos résultats indiquent que la participation au marché de l'équilibrage pourrait permettre de réaliser des économies de 4,8 à 13,3%, en fonction des prix d'équilibrage. Fait remarquable, même avec un taux d'activation de 25% et une participation quotidienne de seulement trois heures, des économies significatives de 9,5% peuvent être réalisées.Pour les CE existants, le défi réside dans l'expansion et la sélection des membres à partir d'un pool de candidats. Le processus de sélection repose sur une approche heuristique pour une meilleure explication et une plus grande transparence du point de vue des utilisateurs finaux. La méthode proposée est validée par un EMS plus précis basé sur une optimisation. Les résultats révèlent que l'approche heuristique produit des classements de candidats similaires à ceux de la méthode d'optimisation plus précise. En outre, la méthode proposée sert à la fois d'outil d'aide à la décision d'investissement et de stratégie de sélection pour les CE existants.