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1 M ME EM MO OI IR RE E PRESENTÉE EN VUE DE L’OBTENTION D’UNE HABILITATION A DI

1 M ME EM MO OI IR RE E PRESENTÉE EN VUE DE L’OBTENTION D’UNE HABILITATION A DIRIGER LES RECHERCHES PAR PHILIPPE POGGI Docteur Maître de Conférences 62ème Section UNIVERSITE DE CORSE PASQUALE PAOLI PASQUALE PAOLI PASQUALE PAOLI PASQUALE PAOLI Discipline : ÉnergÉtique et GÉnie des ProcÉdÉs présentée et soutenue publiquement le 15 Décembre 2007 INTEGRATION DES SYSTEMES ENERGETIQUES A SOURCES RENOUVELABLES DANS LES RESEAUX ELECTRIQUES INSULAIRES Commission d’examen : Rapporteurs : Harry BOYER, Professeur à l’Université de la Réunion Jean-François MUZY, Chargé de Recherches au CNRS, HDR - UMR CNRS 6134 Dominique LAMBERT, Maître de Conférences HDR à l’Université de Toulouse Examinateurs : Jacques Henri BALBI, Professeur et Directeur de l’UMR CNRS 6134, Université de Corse Michel DUPONT, Professeur à l’Université Antilles-Guyane tel-00604868, version 1 - 29 Jun 2011 2 S SO OM MM MA AI IR RE E REMERCIEMENTS 1 NOTICE INDIVIDUELLE 2 ACTIVITES DE RECHERCHES 21 AVANT-PROPOS INTRODUCTION...................................................................................................................... 2 1 ETUDE DE L’INTRANT ENERGETIQUE ................................................................... 30 1.1 PRESENTATION DE LA STATION METEOROLOGIQUE. .............................. 30 1.2 ETUDE DU RAYONNEMENT SOLAIRE DIRECT............................................. 31 1.3 DEVELOPPEMENT DE CORRELATIONS DU RAYONNEMENT SOLAIRE. 33 1.3.1 Détermination des composantes du rayonnement solaire à partir des durées d’insolation....................................................................................................................... 33 1.3.2 Détermination des irradiations solaires horaires globales sur des plans inclinés à partir des irradiations solaires journalières globales horizontales................................. 35 1.4 UTILISATION DE DONNEES SATELLITAIRES METEOSAT. ........................ 37 1.4.1 Détermination des irradiations journalières solaires globales horizontales à partir des images satellites................................................................................................ 37 1.4.2 Détermination des irradiations solaires horaires sur un plan incliné. .............. 43 1.5 DETERMINATION DE PROFILS HORAIRES D’ÉCLAIREMENT SOLAIRE GLOBAL.............................................................................................................................. 52 1.6 DEVELOPPEMENT DE SIMULATEURS DE RAYONNEMENT SOLAIRE. ... 54 1.6.1 Etude stochastique des irradiations solaires globales horizontales. ................. 55 1.6.2 Classification en journées types des irradiations solaires globales et générateur de séries de « journées types » ......................................................................................... 64 1.7 ANALYSE STOCHASTIQUE DES VITESSES DE VENT .................................. 68 1.7.1 Modélisation et simulation par des processus stochastiques............................ 69 1.7.2 Le processus autorégressif ............................................................................... 70 1.7.3 Les chaines de Markov..................................................................................... 74 1.7.4 Simulation ........................................................................................................ 78 1.7.5 Conclusion........................................................................................................ 80 1.8 NOTIONS DE MULTIFRACTALITE APPLIQUEE AUX DONNEES METEOROLOGIQUES....................................................................................................... 81 1.9 SYNTHESE ET CONCLUSION............................................................................. 87 tel-00604868, version 1 - 29 Jun 2011 3 2 INTEGRATION DE SYSTEMES A SOURCES RENOUVELABLES DANS UN RESEAU ELECTRIQUE INSULAIRE................................................................................... 88 2.1 ETUDE DE LA SITUATION ENERGETIQUE DES ILES DE MEDITERRANEE OCCIDENTALE.................................................................................................................. 89 2.1.1 Situation de la production d’énergie électrique dans l’île................................ 90 2.1.2 Problèmes de la production d’électricité et situation particulière du producteur 93 2.1.3 Incident énergétique en février – mars 2005.................................................... 94 2.1.4 Les besoins actuels et futurs............................................................................. 95 2.1.5 Conclusion........................................................................................................ 98 2.2 ANALOGIE PHOTOVOLTAIQUE – EOLIEN. .................................................... 99 2.3 LIMITE D’INTEGRATION DE SYSTEMES ENERGETIQUES A SOURCES RENOUVELABLES D’ENERGIE ................................................................................... 101 2.3.1 Méthodologie : processus de Markov ............................................................ 102 2.3.2 Application aux systèmes photovoltaïques .................................................... 107 2.3.3 Application aux fermes éoliennes. ................................................................. 108 2.3.4 Conclusion...................................................................................................... 114 2.4 LES SYSTEMES PHOTOVOLTAÏQUES CONNECTES AU RESEAU ELECTRIQUE ................................................................................................................... 114 2.4.1 Etude expérimentale d’un système Photovoltaïque connecté au réseau électrique 114 2.4.2 Relevé de tension en bout de ligne électrique BT par l’utilisation de systèmes photovoltaïques .............................................................................................................. 128 2.5 DES SYSTEMES MULTI-SOURCES POUR LES SITES ISOLES VERS L’ASSOCIATION STOCKAGE D’ENERGIE - SYSTEMES ENERGETIQUES A SOURCES RENOUVELBALES CONNECTE SUR LE RESEAU ELECTRIQUE ....... 147 2.5.1 Etude du système photovoltaïque et stockage batteries ................................. 148 2.5.2 Etude du système photovoltaïque et stockage batteries et groupe électrogène 151 2.5.3 Optimisation De La Stratégie De Fonctionnement ........................................ 153 2.5.4 Impact Du Profil De Charge........................................................................... 154 2.6 SYNTHESE ET CONCLUSION........................................................................... 155 2.7 INTRODUCTION DE LA CHAINE HYDROGENE........................................... 156 tel-00604868, version 1 - 29 Jun 2011 4 3 PERPECTIVES.............................................................................................................. 168 3.1 LA RESSOURCE ENERGETIQUE : Analyse et modélisation multi-échelle de séries de vitesses de vent et de rayonnement solaire et allocation de ressources............... 168 3.2 ANALYSE DE L’INTEGRATION DANS LES RESEAUX ELECTRIQUES.... 170 3.3 LA PLATEFORME SOLAIRE DE VIGNOLA.................................................... 172 REFERENCES.............................................................................................................. 176 NOMENCLATURE...................................................................................................... 176 PUBLICATIONS.......................................................................................................... 187 tel-00604868, version 1 - 29 Jun 2011 5 R RE EM ME ER RC CI IE EM ME EN NT TS S A Monsieur le Professeur Jacques Henri BALBI, Directeur de l’UMR CNRS 6134, pour l’intérêt qu’il a témoigné à ce mémoire, de siéger à ce jury. Qu’il trouve ici l’expression de ma profonde gratitude et la reconnaissance de sa confiance qu’il m’a portée en me laissant mettre en place le projet de Plateforme Solaire de Vignola. A monsieur Harry BOYER, Professeur à l’Université de la Réunion, qui m’a fait l’honneur d’accepter d’être rapporteur de mon mémoire et qui m’a fortement motivé à soutenir mon Habilitation. Qu’il trouve ici l’expression de toute ma reconnaissance. A monsieur Dominique LAMBERT, Maitre de Conférences Habilité à diriger les Recherches, à l’Université de Toulouse, qui me fait l’honneur d’être rapporteur de mon mémoire et qui m’a soutenu tout au long de ces mois de compilation et rédaction. Qu’il trouve ici l’expression de toute mon amitié. Je remercie également Monsieur Jean-François MUZY, chargé de recherches au CNRS, qui m’a fait l’amitié d’examiner ce travail et d’en être le rapporteur. Je voudrais aussi le remercier pour son soutien sans faille sur tous les projets que j ai mis en place et les longues explications sur la théorie multi-fractale. Qu’il trouve ici l’expression de mon amicale reconnaissance. Que Monsieur le Professeur Michel DUPONT, professeur à l’Université Antilles- Guyane, qui m’a fait l’honneur de s’intéresser tout particulièrement à ces travaux de recherche, trouve ici toute ma reconnaissance et mes remerciements pour avoir accepté d’examiner ce travail, de siéger à ce jury et de m’avoir toujours fait remarquer que je faisais trop de choses. Que Messieurs Christian CRISTOFARI, Marc MUSELLI, Gilles NOTTON et Nicolas HERAUD Maîtres de Conférences à l'Université de Corse, trouvent ici toute ma gratitude pour leurs aides précieuses et leurs disponibilités. Qu’ils soient assurés de toute mon amitié. Pour conclure, je tiens à remercier tous les membres du Centre Scientifique de Vignola qui ont contribués à l’existence d’un cadre favorable au développement de ces travaux. tel-00604868, version 1 - 29 Jun 2011 6 NOTICE INDIVIDUELLE Curriculum Vitae Liste des Travaux et Publications tel-00604868, version 1 - 29 Jun 2011 7 Curriculum vitae Philippe POGGI Né le 28 mai 1965 à Toulon (Var) Nationalité : Française Situation familiale : Marié, 2 enfants Adresse professionnelle : Laboratoire Systèmes Physiques de l’Environnement UMR 6134 CNRS – Université de Corse BP 52 20250 Corté : 04 95 52 41 31 : 04 95 52 41 42 : philippe.poggi@univ-corse.fr Adresse personnelle : 47 route du vittulo 20000 Ajaccio 1. Etudes Universitaires • Baccalauréat « série C » - Académie de Caen – 1983 • DEUG A Option Mathématiques - Physique – Mécanique - Université de Nice - 1986 • Licence de Physique, Université de Nice - 1987 Méthodes Mathématiques de la Physique – Mention Passable Ondes et Vibrations - Mention Bien Physique Quantique – Mention Passable • Maitrise de Physique, Université de Nice - 1988 Physique Statistique et Phénomènes Irréversibles, Mention Assez - Bien Optique Moderne, Mention Bien Physique Atomique et du Solide, Mention Assez Bien • DEA d'Energétique, Université de Nice / Ecole des Mines de Paris - 1989 • Doctorat de l’Université de Corse - Spécialité Energétique, Mention Très Honorable, Titre du mémoire : "Contribution à l'étude de l'insertion de systèmes photovoltaïques dans un réseau insulaire" Thèse soutenue à Ajaccio, le 19 décembre 1995. Directeur de Thèse : A. LOUCHE, Professeur, Université de Corse Jury : J.H. BALBI, Professeur, Université de Corse J. CAPILLON, Ingénieur EDF/DER A. LOUCHE, Professeur, Université de Corse, directeur de thèse J. PANTALONI, Professeur, Université Aix-Marseille, rapporteur G. PERI, Professeur, Université de Corse, président D. MAYER, Maître de Recherche, Ecole des Mines de Paris, rapporteur tel-00604868, version 1 - 29 Jun 2011 8 2. Emplois Occupés • Ingénieur d'étude CNRS - Contrat à durée déterminée - du 01/01/90 au 01/06/90 Chargé de la mise en place et de la réalisation d'une veille technologique dans le domaine du photovoltaïque - marché et systèmes photovoltaïques de puissance dans le Monde - en contrat avec E.D.F. - D.E.R. • Technicien à l'Association ERASME (Espace de Recherches et d'Applications Scientifiques en Maîtrise de l'Energie) du 01/03/93 au 31/08/95. • Attaché Temporaire d'Enseignement et de Recherches à l'Université de Corse, Année universitaire : 1995 - 1996 • Maître de Conférences en Physique (section n°62) - Université de Corse (Sept. 1996) Rattachement recherche : Laboratoire Sciences Physiques de l’Environnement (SPE UMR 6134 CNRS) Rattachement enseignement : Commission pédagogique de Physique de la l’UFR FST 3. Fonctions Administratives et autres 3.1. Mandat électif et autres - Membre Elu du Conseil Scientifique de l’Université de Corse 1998-2002 ; 2002-2006 - Membre Elu du Conseil de laboratoire de l’URA CNRS 2053 – SPE 1997 – 2002 - Suppléant à la commission de Spécialiste de Physique de l’Université de Corse, 1997 - 2002 - Coordinateur de la convention liant l’Université de Corse avec Météo France, 2000 - Membre expert du Comité de Sélection et de Suivi (CoSS) de l'Incubateur Technologique de Corse, 2006 - Membre de la Commission de Spécialiste de Physique de l’Université de Corse, 2007 - Membre nommé au Comité Stratégique du uploads/Litterature/ hdr-pp.pdf