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Développement d'un outil de conception de micro-réseaux énergétiques mixtes électricité/hydrogène : prise en compte de l'impact écologique par analyse de cycle de vie

Lefranc, Olivier. Développement d'un outil de conception de micro-réseaux énergétiques mixtes électricité/hydrogène : prise en compte de l'impact écologique par analyse de cycle de vie. PhD, Composants, Institut National Polytechnique de Toulouse, 2021

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Abstract

Pour répondre aux enjeux environnementaux, le développement de sources d’énergie primaires peu émettrices de gaz à effet de serre est une nécessité. En ce sens, des technologies permettant la génération d’électricité peu carbonée se sont développées durant ces 2 dernières décennies. En particulier, les technologies renouvelables connaissent un essor important avec une forte augmentation du nombre d’installations solaires photovoltaïques et éoliennes. Ces sources de production décentralisées entrainent le développement de systèmes de stockage permettant de pallier leurs intermittences et leurs fluctuations. Parmi les technologies de stockage énergétique disponibles, l’hydrogène apparait comme un candidat intéressant. La combinaison électrolyseur – stockage – pile à combustible est souvent reportée dans la littérature scientifique, mais il est aussi possible de brûler l’hydrogène plutôt que de le retransformer en électricité. L’objet de l’étude est un micro-réseau comprenant un générateur photovoltaïque, un stockage par batterie et un stockage hydrogène couplé à des brûleurs pour fournir de la chaleur et de l’électricité à un bâtiment isolé. Les travaux de cette thèse s’articulent en deux grandes parties. La première partie est une partie qui traite de la modélisation des différents éléments du micro-réseau. Les modèles techniques et économiques utilisés pour simuler le système sont présentés. En particulier, des modèles semi-empiriques sont développés pour deux technologies : un électrolyseur PEM et un réservoir d’hydrure métallique de type AB5. Ces modèles, obtenus par analogie électrique, s’appuient sur une base de données expérimentales obtenues à différentes conditions opératoires. Les différents paramètres des modèles sont obtenus par correspondance modèle/expérience. Les modèles techniques sont ensuite implémentés dans un outil de simulation que nous utilisons pour concevoir et optimiser le dimensionnement d'un microgrid. Dans un second temps, la question du dimensionnement des différents éléments du micro-réseau est abordée à travers deux cas d’étude. Le premier cas d’étude est un refuge de montagne isolé dans les Pyrénées. Nous supposons que le refuge est alimenté par trois sources d’énergie conventionnelles : le bois pour chauffer le bâtiment, le propane pour cuisiner et le diesel pour fournir de l’électricité. Nous proposons de fournir la totalité de cette énergie avec le micro-réseau étudié dans nos travaux. Le dimensionnement technico-économique du micro-réseau permet d’estimer le coût de l’énergie et de le comparer à une solution conventionnelle. Nous réalisons également une analyse de cycle de vie des éléments du micro-réseau. Cette analyse de cycle de vie a pour objectif de comparer les émissions de gaz à effet de serre émises par la fabrication et l’installation du micro-réseau avec les émissions de la solution conventionnelle « bois-propanediesel ». Le second cas d’étude porte sur une maison familiale isolée du réseau central dans la campagne Occitane. Nous réalisons un dimensionnement pour lequel les résultats des analyses de cycle de vie peuvent directement influencer le dimensionnement du micro-réseau. Nous montrons à travers différents choix de dimensionnement que l’optimum économique n’est pas nécessairement un optimum écologique. Ce cas d’étude a pour but de montrer qu’une analyse de cycle de vie, ou a minima une estimation de l’impact écologique d’une solution dimensionnée, offre des informations intéressantes d’aide à la prise de décision.

Item Type:PhD Thesis
Uncontrolled Keywords:
Institution:Université de Toulouse > Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Laboratory name:
Research Director:
Schneider, Henri and Turpin, Christophe
Statistics:download
Deposited On:07 Dec 2021 11:27

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