Flexibility issues related to the development of network infrastructures for the massive integration of variable renewable energies into the electricity system by 2100
Enjeux de flexibilité liés au développement des infrastructures réseaux pour l'intégration massive des énergies renouvelables variables dans le système électrique à l'horizon 2100
Résumé
The power system is facing a major shift with the large-scale development of VRES (Variable Renewable Energy Sources). The traditional architecture was built vertically and centralized to ensure the robustness and reliability of the system. However, VRES are intermittent and less predictable. To face such a challenge, the system needs to add more flexibility with new options such as demand side management, storage technologies and VRES curtailment. In addition, renewable energies potentials are unevenly distributed in Europe and, with high shares of VRES, power flows exchanges will increase between specific regions. As a result, the existing transmission grid would face congestions and these flexibility options might not be sufficient to alleviate these power bottlenecks. To analyse these impacts, the work carried out in this thesis uses the long-term energy model POLES (Prospective Outlook on Longterm Energy Systems) coupled with the new European power sector module EUTGRID (European Transmission Grid Investment and Dispatch). It includes a detailed transmission grid infrastructure and more realistic power flows with a linearized optimal power flow (DCOPF). A grid investment mechanism is also incorporated to determine the grid investments based on nodal prices. This new model coupling enables to get a dynamic evolution of the transmission grid. The role of the transmission grid is being assessed and compared with other flexibility options. Results show that congestions cannot be alleviated only with flexibility options but also with an important increase of grid investments. Finally, an exploratory work is being carried with the introduction of generic distribution grids (urban, semi-urban and rural) in EUTGRID. The results show that the reinforcements can be slightly delayed with a greater use of back-up technologies and an increase of total CO2 emissions.
L'intégration massive des énergies renouvelables variables (EnRV) provoque d'importants changements dans le système électrique. Le système était développé de manière verticale et centralisée afin d’assurer sa robustesse et sa fiabilité. Cependant, la production des EnRV est intermittente et peu prévisible. Ainsi, le système doit être plus flexible grâce à de nouvelles options telles que la maîtrise de la demande, le stockage ou l'effacement de la production EnRV. Cependant, le potentiel des EnRV est réparti inégalement en Europe. Avec d'importants taux de pénétration d'EnRV, les échanges d'électricité entre les régions vont augmenter provoquant des congestions dans le réseau. Ainsi, les options de flexibilité ne pourront peut-être pas réduire ces congestions. Pour analyser ces effets, le travail mené dans cette thèse utilise le modèle de prospective long terme POLES (Prospective Outlook on Long-term Energy Systems) couplé avec le nouveau module du secteur électrique EUTGRID (EUropean Transmission Grid Investment and Dispatch). Ce module inclut une représentation détaillée du réseau de transport européen d'électricité avec un calcul des flux plus réaliste. De plus, les renforcements sont déterminés suivant les coûts de congestion de chaque ligne. Ce nouveau couplage permet d'avoir une évolution dynamique du réseau de transport. Le rôle du réseau de transport est ensuite analysé et comparé avec les autres options de flexibilité. Les investissements dans le réseau augmentent ainsi fortement avec d'importants taux de pénétration des EnRV alors que les options de flexibilité ne peuvent pas intégralement remplacer le réseau. Finalement, un travail exploratoire est mené avec l'introduction de réseaux de distribution génériques (urbain, semi-urbain et rural) dans EUTGRID. Les résultats montrent que les renforcements sont légèrement décalés avec une augmentation de l'utilisation des technologies de back-up (comme les centrales à gaz) ; ce qui augmente les émissions totales de CO2.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)