Stockage inertiel d'énergie

Présentation au sujet: "Stockage inertiel d'énergie"— Transcription de la présentation:

1 Stockage inertiel d'énergie
en vue d’améliorer l'intégration des éoliennes dans un réseau électrique Ludovic LECLERCQ Benoît ROBYNS École des Hautes Études Industrielles (HEI), LILLE

2 Plan de l’exposé Stockage inertiel d'énergie
en vue d’améliorer l'intégration des éoliennes dans un réseau électrique Plan de l’exposé Problématique Éolienne à vitesse constante + Stockage inertiel Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel Conclusion et perspectives

3 1. Problématique Les éoliennes actuelles ne participent pas aux services système Revue REE N°7 juillet 2002 « Le raccordement de la production décentralisée en HTA et BT » Par J.-L. Fraisse EDF-GDF services production aléatoire et difficilement prévisible absence de réglage fréquence-puissance absence de réglage tension sensibilité aux creux de tension sensibilité aux variations rapides de la force du vent …

4  1. Problématique Dans le cas d'un réseau insulaire
Une trop forte pénétration de la production éolienne fait courir un risque important de délestage introduction d'aléas dans la programmation des moyens de production dégradation de la sûreté de fonctionnement du système électrique sensibilité aux creux de tension problèmes de tenue de tension et de qualité de fourniture Limitation du taux de pénétration de l'éolien (EDF limite à 30 %) 

5 1. Problématique Dans le cas d'un réseau puissant
Limite des 30 % pas atteinte dans l'immédiat mais localement. Concentration d’éoliennes aux mêmes endroits et à l’avenir sur les côtes avec de grosse centrales offshore

6 1. Problématique Janvier 2003 : 147,23 MW
Objectif pour 2010 : MW Plus que 13852,77 MW… Augmenter le taux de pénétration de l’éolien : Participer plus ou moins aux services système Lisser la puissance fluctuante, régler la tension, régler la fréquence…

7 1. Problématique Solutions envisagées Lisser la puissance fluctuante
Éolienne à vitesse fixe + système de stockage Réglage tension et fréquence Éolienne à vitesse variable + système de stockage

8 Éolienne à vitesse fixe
2. Éolienne à vitesse fixe + Stockage inertiel 300 kW 600 kVA Éolienne à vitesse fixe Moteur diesel Machine Synchrone Moteur diesel Stockage inertiel Charge Charge 90 kW 105 kg.m² 300 kW 120 kVAR

9 2. Éolienne à vitesse fixe + Stockage inertiel
But : lisser la puissance éolienne t t Réseau isolé Turbine éolienne + génératrice asynchrone t Stabilisateur cinétique

10 Stratégie de commande du système de stockage inertiel
2. Éolienne à vitesse fixe + Stockage inertiel Stratégie de commande du système de stockage inertiel Problème : Nous ne pouvons stocker ou restituer indéfiniment Nous devons tenir compte de la vitesse du volant d’inertie  « Si la vitesse du volant est petite alors on favorise le stockage » « Si la vitesse du volant est grande alors on favorise la restitution » « Si la vitesse du volant est moyenne : utilisation normale »

11 SUPERVISEUR A LOGIQUE FLOUE
Superviseur à logique floue Preg Pwg Flywheel rotational speed

12 SUPERVISEUR A LOGIQUE FLOUE SUPERVISEUR A LOGIQUE FLOUE
VS B

13 SIMULATIONS Exemple de vitesse de vent mesurée sur le site de Dunkerque

14 Superviseur à logique floue

15 Puissance active générée par le groupe électrogène
SIMULATIONS Puissance active générée par le groupe électrogène Sans le système de stockage en pointillés Avec le système de stockage en trait continu

16 SIMULATIONS Puissance active générée par l’association
éolienne-système de stockage (Preg) Puissance souhaitée en pointillés Puissance obtenue en trait continu

17 SIMULATIONS Vitesse de rotation du volant d’inertie

18 Superviseur simplifié

19 Puissance active générée par le groupe électrogène
SIMULATIONS Puissance active générée par le groupe électrogène Sans le système de stockage en pointillés Avec le système de stockage en trait continu

20 SIMULATIONS Puissance active générée par l’association
éolienne-système de stockage (Preg) Puissance souhaitée en pointillés Puissance obtenue en trait continu

21 SIMULATIONS Vitesse de rotation du volant d’inertie

22 Sans tenir compte de la vitesse de rotation du volant d’inertie
Pwg Pwgf = Preg Constante de temps du filtre passe-bas = 30 s.

23 Puissance active générée par le groupe électrogène
SIMULATION Puissance active générée par le groupe électrogène Sans le système de stockage en pointillés Avec le système de stockage en trait continu

24 SIMULATION Puissance active générée par l’association
éolienne-système de stockage (Preg) Puissance souhaitée en pointillés Puissance obtenue en trait continu

25 SIMULATION Vitesse de rotation du volant d’inertie

26 1 2 3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel
Éolienne sur charge isolée 1 Éolienne sur un réseau 2

27 3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel
Éolienne sur charge isolée Capable de l'îlotage Capable de redémarrer sans tension sur le réseau Capable de remettre la tension sur un réseau hors tension Capable de supporter des échelons de consommation Maintenir l’équilibre production-consommation Maintenir une tension d’amplitude et de fréquence fixe ….

28 3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel
Éolienne à vitesse variable à pales fixes composée d’une machine synchrone à aimants permanents et à attaque directe Machine synchrone Source de tension continue Convertisseur MLI Toutes ressemblances avec une éolienne développée dans le nord de la France est purement fortuite !

29 Dissipation et/ou stockage
3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel Éolienne sur charge isolée Charge isolée Puissance fournie par l’éolienne Puissance consommée par la charge Dissipation et/ou stockage

30 3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel
Éolienne sur charge isolée Charge isolée Puissance consommée par la charge Puissance fournie par l’éolienne Fourniture auxiliaire et/ou restitution du stockage

31 3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel
Éolienne sur charge isolée Charge isolée Stockage inertiel

32 Pour une éolienne fonctionnant sur charge isolée…
Convertisseur 2 Charge isolée Filtre LC pour la qualité de la forme d’onde de la tension… Le convertisseur 2 va réguler les tensions aux bornes des condensateurs du filtre Source de tension

33 Pour une éolienne fonctionnant sur charge isolée…
Puissance de l’éolienne Puissance du stockage inertiel

34 Pour une éolienne fonctionnant sur charge isolée…
Tensions composées aux bornes des condensateurs Tension du bus continu

35 Le convertisseur 2 va réguler le courant dans la deuxième self
Éolienne sur un réseau Convertisseur 2 Réseau Filtre LCL pour la qualité de la forme d’onde de la tension… Le convertisseur 2 va réguler le courant dans la deuxième self Source de courant

36 Pour une éolienne fonctionnant sur réseau…
150 kW 100 kVAR

37 4. Conclusion et perspectives
Pitch control Stockage inertiel de la turbine Centrale éolienne Supervision

38 Banc d’essai développé sur le site HEI
MCC DS 1104 DS 1103 Réseau MS Filtre Stockage inertiel MAS DS 1104 Charge isolée Validation modèles, commandes, supervisions Participation aux services systèmes

39 Cette structure peut être réalisée sur le banc d’essai d’HEI

40 Machine à courant continu
Cette structure peut être réalisée sur le banc d’essai d’HEI Machine synchrone Onduleurs de tension SEMIKRON DT Machine à courant continu Volant d’inertie Machine Asynchrone + codeur