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Modélisation et analyse du fonctionnement d’un système de stockage intégré au réseau électrique

Xiaoxi Xu

Masters thesis (2013)

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Cite this document: Xu, X. (2013). Modélisation et analyse du fonctionnement d’un système de stockage intégré au réseau électrique (Masters thesis, École Polytechnique de Montréal). Retrieved from https://publications.polymtl.ca/1244/
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Abstract

RÉSUMÉ : Ce projet de recherche traite de la problématique suivante : comment déterminer la valeur ajoutée d’un système de stockage au réseau électrique, du point de vue de la gestion des ressources et de l’amélioration de l’efficacité énergétique ? Le cas considéré dans l’analyse est celui d’un système de stockage de batteries intégré au réseau électrique québécois. Dans le contexte de cette étude, les rôles du stockage sont les suivants : réserve de secours en cas d’urgence, lissage de la charge et exportation pour les périodes de pointe. L’objectif principal de ce travail de recherche est d’étudier le dimensionnement de ce système de stockage et comment un tel système de stockage affecte la stratégie de production et d’exportation d’électricité tout en maximisant le bénéfice apporté par ce système. Afin d’atteindre ces objectifs, deux modèles d’optimisation sont développés. De plus, nous étudions les impacts des principaux paramètres utilisés (demande prévisionnelle, coût d’investissement, prix d’exportation, etc.) pour ce calcul sur les résultats. Le critère d’optimisation a conduit à privilégier l’utilisation de la programmation linéaire en nombres entiers. Ces modèles sont basés sur certaines des caractéristiques typiques des modèles d’optimisation du fonctionnement de la batterie et celles de la centrale électrique. Les variables de décision incluent le nombre de chaque type de batteries, la quantité d’électricité chargée et déchargée par les batteries à chaque instant, la quantité d’énergie totale dans les batteries à chaque instant et la quantité d’électricité produite et exportée en temps réel. La solution est limitée principalement par les contraintes de fonctionnement de la production (capacité installée, coût unitaire d’électricité), les caractéristiques techniques et économiques des batteries, la demande interne et externe. Les modèles ont été codés en AMPL et la résolution de ce programme a été réalisée avec le solveur CPLEX. Suite à cette résolution, les résultats ont permis de constater que la valeur liée au système de stockage dépend de la capacité de la production installée, du coût unitaire d’électricité, de la demande interne et externe, du prix d’électricité, du prix d’exportation et de la politique d’exportation. Bien que les observations effectuées aient permis de calculer les bénéfices d’un système de stockage de façon détaillée et d’en tirer des conclusions importantes concernant les paramètres d’entrée, leurs impacts et leurs interactions, une évaluation à la fois technique et économique plus détaillée sur un tel projet d’investissement s’avère nécessaire.----------ABSTRACT : This research addresses the following problem: How to determine the added value of a storage system to the grid, in terms of resource management and improvement of energy efficiency? The case considered in this analysis is a battery storage system integrated into the Quebec power grid. In this study, the functions of storage are: reserves back-up in case of emergency, load leveling to reduce the fluctuation of power generation and stocking the production excess to export. The main objective of this research is to study the capacity design of the storage system and how such storage system could affect the strategy of electricity production and exportation, while maximizing the profit brought by the storage system. To achieve these objectives, two optimization models were developed. In addition, we investigate the effect of key parameters used (demand forecasting, cost of investment, export prices, etc.) on the results. The optimization method tends to favor the use of mixed integer linear programming (MILP). Both models are based on some of the typical characteristics of optimization models for batteries and those of the power plant. The decision variables include the number of each type of batteries, the level of electricity charged and discharged by the batteries at a given time set the amount of electricity produced and exported, etc. The solution is largely limited by the constraints of production (maximum capacity, cost of production), the technical and economic characteristics of the batteries, internal and external demand. The models were coded in AMPL and solving this program was achieved with the CPLEX solver. Following this resolution, the results have shown that the values related to the storage system depends on the installed production capacity, the cost of electricity, the internal and external demand, the electricity prices, the export policy, etc. Although observations have allowed to calculate the benefits of a storage system in a detailed way and to draw important conclusions about the input parameters, their impacts and their interactions, a further study both technical and economic on such project to evaluate the investment decision is definitely needed.

Open Access document in PolyPublie
Department: Département de mathématiques et de génie industriel
Dissertation/thesis director: Miguel F. Anjos and Gilles Savard
Date Deposited: 03 Feb 2014 13:57
Last Modified: 24 Oct 2018 16:11
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/1244/

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