Systèmes Hybrides, Smart-grids

1. Sécurité et fiabilité

• Concepts liés (ségrégation défaut, reconfiguration, réseau de secours, ...)
• Exemple d’un réseau aéronautique

2. Profil de mission à remplir

• Intérêt de l’hybridation des sources afin d’optimiser leur utilisation
• Utilisation du plan de Ragone dans le dimensionnement d’éléments de stockage

3. Qualité (réseau AC et DC)

• Définition des normes de qualité (courant, tension)
• Solutions d’amélioration de la qualité

4. Stabilité (réseau AC et DC)

• Structure et fonctionnement des réseaux électriques AC
• Principes des réglages de fréquence et de tension sur les réseaux (primaire, secondaire, …)
• Limitation de puissance des lignes de transport
• Instabilité liée aux interactions filtres-systèmes régulés

5. Problèmes CEM

• Types de couplage
• Mesures des perturbations et moyens de protection
• Enjeux de la CEM pour les réseaux électriques
• Problématique de la foudre

6. Étude des installations PV raccordées au réseau de distribution

• Définitions des appareillages électriques et des classes de protection
• Schéma de liaison à la terre en BT
• Parafoudres
• Étude d’exemples de schéma d’installations

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En plus des théories relatives à l'hybridation et à la gestion d'énergie des systèmes multi-sources, le cours est basé sur plusieurs exemples de systèmes énergétiques hybrides issus du retour d'expérience du laboratoire Laplace dans ce domaine de recherche. Ces exemples concernent en particulier le domaine de transport (l'aéronautique, le ferroviaire et le routier).

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1) Introduction sur les potentialités des piles à combustible et de l'hydrogène

2) Eléments de caractérisation et de modélisation sur les piles à combustible et les électrolyseurs (focus sur la technologie PEM)

   2.1) Principe de fonctionnement et constitution

   2.2) Composant idéal: considérations thermodynamiques

   2.3) Composant réel: prise en compte des phénomènes physico-chimiques irréversibles

   2.4) Modélisation dynamique par analogies électriques

   2.5) Caractérisations expérimentales: courbe de polarisation, échelons de courant, spectroscopie d'impédance

   2.6) Interactions piles à combustible/ convertisseurs DC/DC (boost et buck)

Le bureau d’étude et de recherche est axé sur la pile à combustible et consiste en :

Evaluer deux méthodologies complémentaires de caractérisation expérimentale :

Paramétrer un modèle dynamique de pile PEM à partir de ces caractérisations expérimentales effectuées.

Evaluer le comportement dynamique de la pile PEM face à des perturbations générées par la connexion de convertisseurs statiques.

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• Introduction : Grandeurs mesurables dans une chaîne électrochimique. Deux siècles de développement de l’électrochimie.
•  Les chaînes électrochimiques à l’équilibre. Force électromotrice. Potentiel d’électrode. Loi de Nernst. Générateurs primaires, secondaires, piles à combustible. Capacité, rendement.
•  Les chaînes électrochimiques traversées par un courant : Transfert électronique hétérogène. Couplage du transfert électronique hétérogène et des phénomènes de transport en solution. Les divers régimes cinétiques. Loi de Butler-Volmer. Intensité limite.

·         Applications à la mise au point de procédés électrochimiques de synthèse. Applications à la corrosion. Applications à l’étude du fonctionnement des générateurs (charge, décharge).

·         Aperçu sur les diverses méthodes électrochimiques. Potentiostat.

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I. Emergence des smart grids : évolution et contexte

1. Fonctionnement actuel des réseaux électriques: rappels

2. Des réseaux électriques en pleine mutation

3. Emergence du concept de smart grids

4. Principaux verrous des smart grids

II. Les services systèmes et services au réseau

1. Rappel des principes de réglage des producteurs et des réseaux électriques actuels

2. Les services réseaux et systèmes

    - dans les réseaux continentaux

    - dans les réseaux insulaires

III. Nouveaux degrés de liberté :

1. Le stockage, pour compenser l’intermittence de production, consommation

2. L’intégration de la mobilité électrique: concept vehicle to grid (V2G) ; grid to vehicle (G2V)

3. Les outils de prédictions pour la production (vent, irradiation) et la consommation

4. Concepts de base pour la gestion des réseaux de distribution (GRD)

5. Nouveaux concepts pour la gestion des réseaux de transport (GRT): lignes virtuelles 

IV. Les mécanismes de marchés et de régulation  (en bref)

V. Nécessité d’une vision technico économique 

VI. Les smart grids « démarrent » dans les réseaux insulaires

VII Les microréseaux, smart home, compteur communicant

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À l’issue de ce module, les étudiants connaitront les éléments à prendre en compte lors du dimensionnement d’un réseau embarqué, comme les problématiques de qualité et stabilité, l’apport de l’hybridation, la sécurité et la fiabilité et la CEM.

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En plus des théories relatives à l'hybridation et à la gestion d'énergie des systèmes multi-sources, le cours est basé sur plusieurs exemples de systèmes énergétiques hybrides issus du retour d'expérience du laboratoire Laplace dans ce domaine de recherche. Ces exemples concernent en particulier le domaine de transport (l'aéronautique, le ferroviaire et le routier).

In addition to the hybridization theorie and the energy management of multi-source systems, the course is based on several examples of hybrid energy systems from the Laplace laboratory experience feedback. These examples relate in particular to the transport field (aeronautics, rail and road).

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• Introduction : Grandeurs mesurables dans une chaîne électrochimique. Deux siècles de développement de l’électrochimie.
•  Les chaînes électrochimiques à l’équilibre. Force électromotrice. Potentiel d’électrode. Loi de Nernst. Générateurs primaires, secondaires, piles à combustible. Capacité, rendement.
•  Les chaînes électrochimiques traversées par un courant : Transfert électronique hétérogène. Couplage du transfert électronique hétérogène et des phénomènes de transport en solution. Les divers régimes cinétiques. Loi de Butler-Volmer. Intensité limite
•  Applications à la mise au point de procédés électrochimiques de synthèse. Applications à la corrosion. Applications à l’étude du fonctionnement des générateurs (charge, décharge).
• Aperçu sur les diverses méthodes électrochimiques. Potentiostat.

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les réseaux électriques intelligents plus communément nommés ‘’smart grids’’ se situent pleinement dans le contexte de la transition énergétique. L’électrification massive constitue une voie privilégiée vers la nécessaire décarbonation du paysage. Après la mécanisation et l’informatique (internet), les smart grids sont considérés comme la 3eme révolution industrielle, de par le fait qu’ils constituent le maillon essentiel pour favoriser l’équilibrage production consommation d’électricité qui deviendra de plus en plus précaire au fur et à mesure de l’intégration massive d’énergies renouvelables intermittentes (solaire, éolien). Les smart grids se définissent par l’idée d’intégrer infrastructure électrique (énergie) les Technologies de l’Information et de la Communication, ceci afin d’apporter la flexibilité nécessaire pour résoudre ce problème d’équilibrage de puissance dans des conditions fiables (résilientes aux défauts, cyberattaques,…) et pour un cout acceptable par les consommateurs.

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À l’issue de ce module, les étudiants connaitront les éléments à prendre en compte lors du dimensionnement d’un réseau embarqué, comme les problématiques de qualité et stabilité, l’apport de l’hybridation, la sécurité et la fiabilité et la CEM.

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• Introduction : Grandeurs mesurables dans une chaîne électrochimique. Deux siècles de développement de l’électrochimie.
•  Les chaînes électrochimiques à l’équilibre. Force électromotrice. Potentiel d’électrode. Loi de Nernst. Générateurs primaires, secondaires, piles à combustible. Capacité, rendement.
•  Les chaînes électrochimiques traversées par un courant : Transfert électronique hétérogène. Couplage du transfert électronique hétérogène et des phénomènes de transport en solution. Les divers régimes cinétiques. Loi de Butler-Volmer. Intensité limite
•  Applications à la mise au point de procédés électrochimiques de synthèse. Applications à la corrosion. Applications à l’étude du fonctionnement des générateurs (charge, décharge).
• Aperçu sur les diverses méthodes électrochimiques. Potentiostat.

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les réseaux électriques intelligents plus communément nommés ‘’smart grids’’ se situent pleinement dans le contexte de la transition énergétique. L’électrification massive constitue une voie privilégiée vers la nécessaire décarbonation du paysage. Après la mécanisation et l’informatique (internet), les smart grids sont considérés comme la 3eme révolution industrielle, de par le fait qu’ils constituent le maillon essentiel pour favoriser l’équilibrage production consommation d’électricité qui deviendra de plus en plus précaire au fur et à mesure de l’intégration massive d’énergies renouvelables intermittentes (solaire, éolien). Les smart grids se définissent par l’idée d’intégrer infrastructure électrique (énergie) les Technologies de l’Information et de la Communication, ceci afin d’apporter la flexibilité nécessaire pour résoudre ce problème d’équilibrage de puissance dans des conditions fiables (résilientes aux défauts, cyberattaques,…) et pour un cout acceptable par les consommateurs.

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• Modélisation et optimisation de chaînes logistiques « énergie »

-       Principes de modélisation d’une chaîne logistique « énergie »

-       Classification des modèles énergétiques : modèles descendantes (top-down), ascendantes (bottom-up) et hybrides

-       Prise en compte de l’aspect multicritère

• Illustration dans un bureau d’études de conception d’une chaîne « hydrogène »

Utilisation d’un modèle existant

Analyse de scenarios de déploiement (production centralisée / décentralisée)

Calcul de LCOE, du potentiel de réchauffement climatique

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Ce module traite de la production d'hydrogène à faibles émissions de carbone par électrolyse. Il commence par donner un aperçu du marché de l'hydrogène et des procédés de production conventionnels. Il étudie ensuite les différentes technologies d'électrolyse, ainsi que leur modélisation et leurs caractéristiques opérationnelles. Le cours aborde les stratégies d'alimentation électrique, la gestion des auxiliaires et les contraintes de fonctionnement. La dernière partie est consacrée à l'analyse technico-économique du coût de l'hydrogène vert.

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- Introduction et concepts de base (rappels)

- Stockage de l’hydrogène sous forme gazeuse

- Stockage de l’hydrogène sous forme liquide (LH2)

- Stockage solide de l’hydrogène par absorption (Hydrures)

-Stockage solide de l’hydrogène par adsorption (adsorbants)

- Stockage de l’hydrogène dans les liquides organiques (LOHC)

- Stockage de l’hydrogène dans le sous-sol

- Risques associés à l’hydrogène

- Ouverture sur le mode de la recherche (technologies en rupture)

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Le bureau d’étude et de recherche est axé sur la pile à combustible et consiste en :

Evaluer deux méthodologies complémentaires de caractérisation expérimentale :

• • Tracé dynamique de courbe tension-courant.
  • Spectroscopie d’impédance.

Paramétrer un modèle dynamique de pile PEM à partir de ces caractérisations expérimentales effectuées.

Evaluer le comportement dynamique de la pile PEM face à des perturbations générées par la connexion de convertisseurs statiques.

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À l’issue de ce module, les étudiants connaitront les éléments à prendre en compte lors du dimensionnement d’un réseau embarqué, comme les problématiques de qualité et stabilité, l’apport de l’hybridation, la sécurité et la fiabilité et la CEM.

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• Introduction : Grandeurs mesurables dans une chaîne électrochimique. Deux siècles de développement de l’électrochimie.
•  Les chaînes électrochimiques à l’équilibre. Force électromotrice. Potentiel d’électrode. Loi de Nernst. Générateurs primaires, secondaires, piles à combustible. Capacité, rendement.
•  Les chaînes électrochimiques traversées par un courant : Transfert électronique hétérogène. Couplage du transfert électronique hétérogène et des phénomènes de transport en solution. Les divers régimes cinétiques. Loi de Butler-Volmer. Intensité limite
•  Applications à la mise au point de procédés électrochimiques de synthèse. Applications à la corrosion. Applications à l’étude du fonctionnement des générateurs (charge, décharge).
• Aperçu sur les diverses méthodes électrochimiques. Potentiostat.

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les réseaux électriques intelligents plus communément nommés ‘’smart grids’’ se situent pleinement dans le contexte de la transition énergétique. L’électrification massive constitue une voie privilégiée vers la nécessaire décarbonation du paysage. Après la mécanisation et l’informatique (internet), les smart grids sont considérés comme la 3eme révolution industrielle, de par le fait qu’ils constituent le maillon essentiel pour favoriser l’équilibrage production consommation d’électricité qui deviendra de plus en plus précaire au fur et à mesure de l’intégration massive d’énergies renouvelables intermittentes (solaire, éolien). Les smart grids se définissent par l’idée d’intégrer infrastructure électrique (énergie) les Technologies de l’Information et de la Communication, ceci afin d’apporter la flexibilité nécessaire pour résoudre ce problème d’équilibrage de puissance dans des conditions fiables (résilientes aux défauts, cyberattaques,…) et pour un cout acceptable par les consommateurs.

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• Modélisation et optimisation de chaînes logistiques « énergie »

-       Principes de modélisation d’une chaîne logistique « énergie »

-       Classification des modèles énergétiques : modèles descendantes (top-down), ascendantes (bottom-up) et hybrides

-       Prise en compte de l’aspect multicritère

• Illustration dans un bureau d’études de conception d’une chaîne « hydrogène »

Utilisation d’un modèle existant

Analyse de scenarios de déploiement (production centralisée / décentralisée)

Calcul de LCOE, du potentiel de réchauffement climatique

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Ce module traite de la production d'hydrogène à faibles émissions de carbone par électrolyse. Il commence par donner un aperçu du marché de l'hydrogène et des procédés de production conventionnels. Il étudie ensuite les différentes technologies d'électrolyse, ainsi que leur modélisation et leurs caractéristiques opérationnelles. Le cours aborde les stratégies d'alimentation électrique, la gestion des auxiliaires et les contraintes de fonctionnement. La dernière partie est consacrée à l'analyse technico-économique du coût de l'hydrogène vert.

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- Introduction et concepts de base (rappels)

- Stockage de l’hydrogène sous forme gazeuse

- Stockage de l’hydrogène sous forme liquide (LH2)

- Stockage solide de l’hydrogène par absorption (Hydrures)

-Stockage solide de l’hydrogène par adsorption (adsorbants)

- Stockage de l’hydrogène dans les liquides organiques (LOHC)

- Stockage de l’hydrogène dans le sous-sol

- Risques associés à l’hydrogène

- Ouverture sur le mode de la recherche (technologies en rupture)

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Le bureau d’étude et de recherche est axé sur la pile à combustible et consiste en :

Evaluer deux méthodologies complémentaires de caractérisation expérimentale :

• • Tracé dynamique de courbe tension-courant.
  • Spectroscopie d’impédance.

Paramétrer un modèle dynamique de pile PEM à partir de ces caractérisations expérimentales effectuées.

Evaluer le comportement dynamique de la pile PEM face à des perturbations générées par la connexion de convertisseurs statiques.

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