Study of the sustainability of microgrids using systemic models based on the theory of modeling and simulation - Equipe Ingéniérie Système et Intégration Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Study of the sustainability of microgrids using systemic models based on the theory of modeling and simulation

Étude de la durabilité des micro-réseaux par un modèle systémique basé sur la théorie de la modélisation et de la simulation

Résumé

The United Nations reports that approximately 789 million people live without access to electricity and that without more determined action, 650 million people will remain without access to energy by 2030. However, renewable energy technologies, which can provide clean and safe electricity, have become more accessible and are cheaper than ever. Despite these promising advances, the challenge of sustainable and affordable rural electrifi- cation remains complex and risky. The study of microgrids as a means of overcoming the lack of access to energy is attracting growing interest among researchers. Microgrids hold the key to achieving global energy access due to their flexibility, efficiency, and reliability. However, sustain- able and resilient implementation of these microgrids is only possible with a clear consensus on the causes of these failures. We therefore suggest a different approach to this problem by adopting a more formal approach to the representation of microgrids. Throughout this manuscript, we will adopt the methodology established by Ziegler’s modeling and simulation theory to develop a microgrid model capable of representing the sustainability challenges of its systems. The terms Modeling and Simulation, often loosely defined in common practice, have a precise meaning in this work. In order to understand the foundations of these two terms, this work will guide the reader through the development and understanding of modeling and simulation theory while applying them to the understanding of microgrid sustainability. One of the main motivations of this thesis is to contribute to understanding microgrids’ sustain- ability. This contribution is based on exploring different methods to develop models that integrate microgrids’ energy and community aspects. The literature lacks models compatible with these two aspects, which should provide avenues for correction through the contribution of our work to the scientific community. In order to achieve this objective, we have specified our source system to show the complexity and diversity of microgrids. By combining the problems identified in microgrids with the formal definition of a source system, we propose the development of a systemic formalism for studying these systems. The manuscript presents an experimental framework that combines the perspec- tives of different approaches in the microgrid literature into a single morphism, studying the critical domains of microgrids: energy, information, financing, and social aspects. Based on this frame- work, three different models will be proposed, formalized, and simulated iteratively throughout the manuscript to study the models’ internal characteristics and deepen the formalization of microgrid sustainability at each step.
Les nations unies estiment qu’environ 789 millions de personnes vivent sans acc`es `a l’ ́electricit ́e, et qu’en l’absence d’une action plus d ́etermin ́ee, 650 millions de personnes resteront sans acc`es `a l’ ́energie en 2030. Cependant, les technologies bas ́ees sur les ́energies renouvelables, qui permettent de fournir une ́electricit ́e propre et suˆre, sont devenues plus accessibles et moins couˆteuses que jamais. Malgr ́e ces progr`es prometteurs, le d ́efi de l’ ́electrification rurale durable et abordable reste complexe et risqu ́e. L’ ́etude des micro-r ́eseaux en tant que moyen de surmonter le manque d’acc`es `a l’ ́energie suscite un int ́erˆet grandissant parmi les chercheurs. Les micro-r ́eseaux peuvent constituer la cl ́e pour assurer l’acc`es `a l’ ́energie `a l’ ́echelle mondiale en raison de leur flexibilit ́e et efficacit ́e. Toutefois, la mise en œuvre durable et r ́esiliente de ces micro-r ́eseaux reste difficile sans un consensus clair sur les causes de ces ́echecs. Nous sugg ́erons donc d’aborder ce probl`eme de mani`ere diff ́erente en adoptant une approche plus formelle pour la repr ́esentation des micro-r ́eseaux. Au fil de ce manuscrit, nous adopterons la m ́ethodologie ́etablie par la th ́eorie de la mod ́elisation et de la simulation de Ziegler pour ́elaborer un mod`ele de micro-r ́eseau capable de repr ́esenter les d ́efis de la durabilit ́e de ses syst`emes. Les termes de mod ́elisation et de simulation, souvent d ́efinis de mani`ere impr ́ecise dans les pratiques courantes, ont une signification pr ́ecise dans le cadre de ce travail. Afin de comprendre les fondements de ces deux termes, ce travail guidera le lecteur dans le d ́eveloppement et la compr ́ehension de la th ́eorie de la mod ́elisation et de la simulation tout en les appliquant `a la compr ́ehension de la durabilit ́e des micro-r ́eseaux. Une des motivations principales de cette th`ese est de contribuer `a la compr ́ehension de la durabilit ́e des micro-r ́eseaux. Cette contribution est bas ́ee sur l’exploration de diff ́erentes m ́ethodes pour ́elaborer des mod`eles qui int`egrent les aspects ́energ ́etiques et communautaires des micro- r ́eseaux. La litt ́erature manque de mod`eles compatibles entre ces deux aspects, ce qui devrait apporter des voies de corrections par la contribution de notre travail `a la communaut ́e scientifique. Afin d’atteindre cet objectif, nous avons pr ́ecis ́e notre syst`eme source pour montrer la complexit ́e et la diversit ́e des micro-r ́eseaux. En combinant les probl`emes identifi ́es dans les micro-r ́eseaux `a la d ́efinition formelle d’un syst`eme source, nous proposons l’ ́elaboration d’un formalisme syst ́emique pour l’ ́etude de ces syst`emes. Le manuscrit pr ́esente un cadre exp ́erimental qui combine les pers- pectives des diff ́erentes approches de la litt ́erature sur les micro-r ́eseaux dans un seul morphisme, ́etudiant les domaines cl ́es des micro-r ́eseaux : l’ ́energie, l’information, le financement et les aspects sociaux. A` partir de ce cadre, trois mod`eles diff ́erents seront propos ́es, formalis ́es et simul ́es de mani`ere it ́erative tout au long du manuscrit afin d’ ́etudier les caract ́eristiques internes des mod`eles et d’approfondir `a chaque ́etape la formalisation de la durabilit ́e des micro-r ́eseaux.
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Domaine public

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  • HAL Id : tel-04645018 , version 1

Citer

Antoine Boche, Luiz Fernando Lavado Villa, Clément Foucher. Study of the sustainability of microgrids using systemic models based on the theory of modeling and simulation. Electric power. Université Paul Sabatier (Toulouse 3), 2023. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04645018⟩
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