Stratégie de commande optimale de la production électrique dans un site isolé

Hydro-Québec gère plus de 20 réseaux autonomes sur tout le territoire de la province. Dans l'ensemble, ces réseaux correspondent à des petits villages où la population et la consommation en énergie ne sont pas très élevés. Aussi, ceux-ci sont très loin les uns des autres et des centrales hydroélectriques, c'est pourquoi la production y est assurée localement au moyen de génératrices diesel. Le prix du diesel et la nécessité de l'acheminer par bateau dans bien des cas font que les coûts de production soient très importants. À ceci, il faut ajouter que l'électricité est facturée au même prix partout au Québec, ce qui a pour effet que les réseaux autonomes génèrent un déficit très important pour Hydro-Québec. À un village donné, plusieurs génératrices de puissances nominales différentes sont présentes pour satisfaire la charge. Tout au long de l'année, cette dernière peut doubler, voir même tripler. Ainsi, lorsque la charge augmente, il devient nécessaire d'augmenter la capacité de production. À l'inverse, lorsque la charge diminue, il devient nécessaire de diminuer la capacité de production. Toutes ces transitions sont gérées par ce qui est communément appelé la stratégie de commande. Lorsque la charge atteint un certain niveau élevé, défini en fonction de divers paramètres prédéfinis relatifs aux groupes électrogènes en service, une augmentation de la capacité de production est requise. Un mécanisme similaire s'applique dans le cas d'une diminution de la charge. Le but de cette stratégie de commande est donc de suivre les variations de la charge. Ces paramètres prédéfinis ayant été établis de façon empirique, d'après les connaissances des ingénieurs, ils ne sont pas nécessairement optimaux d'un point de vue écoénergétique. L'objectif du travail est de minimiser la consommation de diesel en optimisant les paramètres prédéfinis de la stratégie de commande, et ainsi, de permettre une réduction du déficit généré par les réseaux autonomes, sans avoir à investir dans l'achat de nouveaux équipements. Pour ce, le simulateur de réseaux autonomes OPERA et l'optimiseur boîte noire NOMAD sont utilisés. Les premiers résultats montrent que de légères modifications à la structure des règles d'opération sont requises pour mieux satisfaire l'objectif de minimisation. Après modifications des règles, trois différents cas sont testés sur trois villages nordiques. Le premier cas est l'optimisation d'un jeu de paramètres unique pour l'ensemble des villages. Après optimisation, il est démontré que cette approche n'est pas bénéfique puisqu'un jeu de seuils unique mène à un compromis pour l'ensemble des villages et ne permet pas d'exploiter le plein potentiel pour chaque réseau autonome. Cette phase démontre du même coup que la situation actuelle, à savoir, l'existence d'un seul et même jeu de paramètres pour tous les réseaux autonomes, ne peut être optimale. Le deuxième cas est l'optimisation d'un jeu de paramètres par village. On constate une amélioration des résultats par rapport à l'optimisation précédente. En plus, on remarque qu'il est important d'éliminer de la production les configurations à bas rendement intercalées entre deux configurations à plus haut rendement puisque, de par la nature même des règles d'opération, un passage systématique par cette Configuration moins performante aura lieu et augmentera considérablement la consommation. Le troisième cas est l'optimisation des paramètres pour chacune des configurations de génératrices diesel d'un village. Cette approche mène à beaucoup d'instabilité du point de vue de l'optimisation. Un grand nombre d'évaluations s'en suit, sans mener nécessairement à une convergence vers un meilleur résultat. La structure connue du problème est alors exploitée afin d'améliorer les performances de l'optimisation. Deux méthodes sont employées. Dans les deux cas, des résultats similaires sont obtenus, mais les coûts de calcul diffèrent. La première méthode permet d'assurer des résultats légèrement meilleurs que la deuxième méthode, mais à un coût en terme d'évaluations très élevé. En revanche la deuxième méthode nécessite très peu d'évaluations. Les valeurs des seuils optimisés des règles de transitions ultimes peuvent être associés aux points de transitions favorisant l'utilisation des zones à haut rendement des configurations. Avec l'utilisation des courbes de rendement des configurations en fonction de la puissance débitée, ces points de transitions sont directement identifiables. Ainsi, il semblerait qu'il soit possible de déterminer les valeurs optimales de ces paramètres, sans même avoir recours à l'optimisation. La réduction simulée de consommation de diesel pour les trois villages est de l'ordre de 1,9 %. Étant donné le coût élevé du diesel et l'existence de 20 autres villages isolés, l'emploi de ces méthodes, conjointement à une calibration du simulateur OPERA employé, permettrait une réduction substantielle du déficit annuel. La méthode d'optimisation rapide étant très performante en terme de nombre d'évaluations et des résultats obtenus, elle peut être annexée à des processus d'achat de nouvelles génératrices diesel afin d'évaluer leur plein potentiel de fonctionnement optimal aux réseaux autonomes et d'améliorer la valeur actuelle nette liée à leur achat.