Development and testing of micro-network energy management strategies with storage and hydrogen production

Développements et tests de stratégies de gestion de l’énergie à l’échelle de micro réseaux avec stockage et production d’hydrogène

Fabrice K/bidi (1)

1 ENERGY Lab - Energy Lab

With the development of fuel cell (FC) and water electrolysis technologies, electrolytic hydrogen is becoming a pillar of the energy transition, a substitute for fossil resources and a tool for integrating intermittent renewable energy sources (RES). On the scale of isolated or islandable microgrids, this transition is based on the development of hybrid systems, coupling photovoltaic (PV) panels and electrolyzers for hydrogen production, storage systems - hydrogen (H2) tanks and batteries (Bat) - and FC for electricity production. This study presents control strategies for a PV-H2-Bat-FC system to optimize intermittent PV energy management while respecting the operating conditions of electrolyzers and FC. First, a MPPT (Maximum Power Point Tracking) control system is developed to ensure the operation of PV at maximum power, and a control strategy based on Model Predictive Control is implemented to define a current reference for the FC, the electrolyzer and the batteries. Secondly, IP controllers are used to regulate these currents. Thirdly, an optimization problem makes it possible to define a commitment plan to use the FC and the electrolyser taking into account energy supply, demand and stocks.

Avec le développement des technologies de pile à combustible (PàC) et d’électrolyse de l’eau, l’hydrogène électrolytique devient un pilier de la transition énergétique, substitut aux ressources fossiles et outil d’intégration des sources d’énergies renouvelables (SER) intermittentes. À l'échelle de micro-réseaux isolés ou îlotables, cette transition repose sur le développement de systèmes hybrides, couplant des panneaux photovoltaïques (PV) et des électrolyseurs pour la production de l'hydrogène, des systèmes de stockage — réservoirs d'hydrogène (H2) et batteries (Bat) — et des PàC pour la production de l’électricité. Cette étude présente des stratégies de contrôle pour un système PV-H2-Bat-PàC afin d'optimiser la gestion de l'énergie PV intermittente tout en respectant les conditions de fonctionnement des électrolyseurs et des PàC. Premièrement, une commande de type MPPT (Maximum Power Point Tracking) est développée pour assurer le fonctionnement des PV à puissance maximale, et une stratégie de contrôle basée sur des commandes prédictives est mise en œuvre pour définir un courant de référence pour la PàC, l'électrolyseur et les batteries. Deuxièmement, des contrôleurs IP sont utilisés pour réguler ces courants. Troisièmement, un problème d’optimisation permet de définir un plan d’engagement afin d’utiliser la PàC et l’électrolyseur en tenant compte de l’offre, de la demande et des stocks d’énergie.

Mots clés: Explicit Model Predictive Control; Hybridization; Hydrogen; Energy Management System; Power-Hardware-In-The-Loop; Microgrid

Mots clés: Explicit Model Predictive Control; Hybridation; Hydrogène; Système de gestion de l’énergie; Power-Hardware-In-The-Loop; Micro-réseaux

Domaines: Automatique; Energie électrique

Fabrice K/bidi. Développements et tests de stratégies de gestion de l’énergie à l’échelle de micro réseaux avec stockage et production d’hydrogène. Automatique. Université de la Réunion, 2019. Français. ⟨NNT : 2019LARE0031⟩. ⟨tel-02650719⟩