Conception d’un système hybride de stockage de l’énergie pour la réduction des émissions carbone dans l’habitat individuel - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2022

Mitigating Home Carbon Emission in designing a Smart Storage Driver System

Conception d’un système hybride de stockage de l’énergie pour la réduction des émissions carbone dans l’habitat individuel

Paul Ortiz

Abstract

Private homes are increasingly fitted with PhotoVoltaics (PV) for increasing the renewable energy use. Typical issues of this type of installation are : (1) the production of green energy is not necessary in line with the inhabitants' energy consumption (2) a peak of energy demand on smart grid increases the carbon emission. Mitigating carbon emission in using efficiently PV is the main objective of this research, which is part of the INTERREG NW Europe RED WOLF project (H2020 programme). This project is led led by Leeds Beckett University and involves 21 partners across Europe, including University of Lorraine. The RED WOLF project aims at installing PV solar panels and home batteries across UK, France, Netherlands, and Ireland, with the overall goal to design a Smart Storage Driver (SDS) system capables at storing solar energy produced at home, and using it when a peak of energy demand is detected on smart grid. To this end, the research is divided into three steps: (i) first, it is necessary to understand how inhabitants behave in order to obtain an energy consumption pattern for each home. This pattern will be used to size the batteries and to smartly manage the switching between the use of local and smart grid energy. Specific instrumentation will be deployed to achieve this step ; (ii) second, it is necessary to design a SDS system aiming at analysing data coming from multiple sources (e.g., smart grid, weather, indoor temperature, inhabitant behaviour, battery charge level) with one major target : the limitation of carbon emission ; (iii) finally, a global analysis ofdata management (Cloud and Fog) and network management (SDN, IoT) must be carried out in order to find the best trade off between Quality of Service offered for inhabitants and environmental impact.
Répondre aux objectifs de l'UE sur la réduction des émissions carbone, nécessite des propositions innovantes dans le domaine de l'habitat qui rejette 300 millions de tonnes de CO2 par an. RED WOLF a pour but d'augmenter l'usage de l'énergie renouvelable pour réduire l'émission CO2 de maisons équipées de panneaux hotoVoltaïques non raccordés au Gaz (PVnG). Un Système de Stockage Hybrides (SSH) sera développé et déployé dans 100 maisons PVnG. Elles seront équipées de batteries avec des Radiateurs à Accumulation à faible coût capables de stocker de la chaleur pour réchauffer à la demande les habitations sur un horizon de 24h. Les SSHs stockeront à la fois l'énergie produite in situ par les PVHs et les énergies vertes (vent, solaire) transportées par le réseau électrique lorsque la demande sera faible. Les pics de consommation (120% de la moyenne quotidienne) ont lieu entre 6h et 9h et entre 16h et 20h quand la production d'électricité est fortement carbonée. Actuellement, durant les journées venteuses ou ensoleillées, la production des parcs éoliens et solaires est réduite et l'énergie propre est donc gaspillée : Chaque année, dans les régions de l'ENO (Est-Nord-Ouest), jusqu'à 6% de l'énergie de l'éolien est perdue. De plus, les maisons PVnG reversent leur production électrique locale dans le réseau électrique indépendamment des besoins de celui-ci, ce qui augmente le déséquilibre entre la demande et la production sachant que la capacité des PV augmente de 3GW/an dans la région ENO. Dans le cadre de cette thèse, la recherche sera divisée en trois parties: (i) comprendre le comportement des habitants afin d'obtenir le modèle de consommation énergétique de chaque maison. Ce modèle sera utilisé afin de dimensionner les batteries et gérer intelligemment le basculement entre utilisation entre "énergie produite localement" et celle du réseau national ; (ii) concevoir un système de stockage hybrides afin d'analyser des flux de données provenant de sources d'informations multiples (p. ex., smart grid, météo, température ambiante, comportement des habitants, niveau des batteries), et ce à des fins de limiter l'émission carbone des habitations individuelles ; (iii) réaliser une analyse globale pour évaluer les stratégies de gestion des données (Cloud and Fog) et des réseaux (SDN, Internet des Objets), et ce, afin de trouver le meilleur compromis entre "Qualité de Service" et "impact environnemental". Les phases expérimentales se baseront sur des sites pilotes (disposant de maisons PVnG) situés au Royaume Uni, en France, en Irlande, au Luxembourg et Pays-Bas. En définitif, le système de stockage hybride proposé vise à être commercialisé dans les pays partenaires, et diffusé dans toute la région ENO.
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Origin : Files produced by the author(s)

Dates and versions

tel-04058788 , version 1 (05-04-2023)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04058788 , version 1

Cite

Paul Ortiz. Conception d’un système hybride de stockage de l’énergie pour la réduction des émissions carbone dans l’habitat individuel. Automatique / Robotique. Université de Lorraine, 2022. Français. ⟨NNT : 2022LORR0208⟩. ⟨tel-04058788⟩
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