iii.3. modelisation et optimisation du systeme - TEL (thèses-en

UNIVERSITE DE CORSE PASQUALE PAOLI
FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES
THESE
PRESENTÉE EN VUE DE L’OBTENTION LE GRADE DE
DOCTEUR DE L’UNIVERSITE DE CORSE
(SPECIALITE : ÉNERGÉTIQUE ET GÉNIE DES PROCÉDÉS)
Présentée et soutenue publiquement
Par
VALERIE ACQUAVIVA
le 11 juillet 2009
Titre :
ANALYSE DE l’INTEGRATION DES SYSTEMES ENERGETIQUES A SOURCES
RENOUVELABLES DANS LES RESEAUX ELECTRIQUES INSULAIRES
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Directeur de Thèse :
Philippe POGGI, Maitre de Conférences, HDR, Université de Corse
Commission d’examen :
Rapporteurs : Fréderic MIRANVILLE, Maitre de Conférences, HDR, Université de la Réunion
Dominique LAMBERT, Maitre de Conférences, HDR, Université de Toulouse
Examinateurs : Florence MATTERA, Ingénieur-Chercheur, CEA-INES Bourget-du-Lac
Marc MUSELLI , Maitre de Conférences, HDR, Université de Corse
Stefka NEDELTCHVA, Professeur à l’Université Technique de Sofia, Bulgarie
Philippe POGGI, Maitre de Conférences, HDR, Université de Corse

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Je profite de l’occasion qui m’est offerte par cette page de
remerciements pour exprimer toute ma gratitude à Monsieur Jean-François
Bernardini, Directeur de l’école doctorale de l’Université de Corse, pour m’avoir
permis de terminer ce travail après plusieurs années d’interruption.
Je remercie Monsieur Frédéric Miranville, Maître de Conférences HDR à
l’Université de la Réunion et Monsieur Dominique Lambert, Maître de
Conférences HDR à l’Université de Toulouse pour avoir bien voulu rapporter ma
thèse et participer à ce jury. Je remercie également Mesdames Stefka
Nedeltcheva, Professeur à l’Université Technique de Sofia, et Florence Mattera,
Ingénieur au CEA – INES d’avoir examinée mes travaux.
Je remercie vivement Monsieur Philippe Poggi, mon Directeur de Thèse,
car sans lui ce travail n’aurait pu aboutir. Il a su, malgré un emploi du temps très
chargé, se rendre disponible et trouver de précieux moments pour que je puisse
terminer ce doctorat. Son aide, son soutien et sa bonne humeur y ont largement
contribués.
Je souhaite également remercier Monsieur Marc Muselli pour l’intérêt qu’il
a porté à ce travail mais également pour tous ces échanges que nous avons eus
tout au long des trois années passées dans le laboratoire de Vignola. Je tiens
également à saluer sa sympathie.
Je remercie tout particulièrement mon père pour l’obstination dont il a
fait preuve.

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SOMMAIRE
INTRODUCTION……………………………………………………………………………1
CHAPITRE I :
L’APPORT DU PHOTOVOLTAIQUE DANS LE RESEAU DE
DISTRIBUTION D’ELECTRICITE……………………………………………..…8
I.1. INTRODUCTION……………………………………………………….……….9
I.2. LE RESEAU ELECTRIQUE CORSE………………………………………...11
I.2.1. Caractéristiques du réseau électrique Corse…………………………….11
I.2.2. Constat……………………………………………………………….....16
I.3. METHODOLOGIE : DEFINITION DES PARAMETRES ETUDIES……...17
I.3.1. Introduction……………………………………………………………..17
I.3.2. Détermination de la coïncidence entre la puissance fournie par la centrale
PV et la charge appelée sur le réseau…………………………………………18
I.3.3. Détermination des paramètres définissant le Taux de Disponibilité
Effectif………………………………………………………………………...19
I.3.4. Détermination du taux de disponibilité effectif ou TDE………………..27
I.4.
RESULTATS…………………………………………………………………….27
I.4.1. Probabilité de coïncidence……………………………………………...28
I.4.1.a. Probabilité de coïncidence annuelle pour une centrale
photovoltaïque ………………………………………………………..28
I.4.1.b. Probabilité de coïncidence mensuelle pour une centrale PV…31
I.4.1.c. Probabilité de coïncidence pendant la période estivale pour une
centrale PV……………………………………………………………35
I.4.2. Probabilités de disponibilité de la ressource aux heures de consommation
pointe………………………………………………………………………….37
I.4.2.a. Probabilité annuelle de disponibilité de la ressource aux heures
de consommation pointe………………………………………………37
I.4.2.b. Probabilité estivale de disponibilité de la ressource aux heures
de consommation pointe………………………………………………38

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I.4.2.c. Probabilité mensuelle (janvier et août) de disponibilité de la
ressource aux heures de consommation pointe…………………...…..40
I.4.3. Puissance effective (PE)………………………………………………..41
I.4.4. Stockage d’énergie minimum nécessaire……………………………….45
I.4.5. Valeur de l’énergie PV ……………………………………………...…50
II.4.6. Le Taux de Disponibilité Effectif ………………………………….….52
I.5. CONCLUSION…………………………………………………………...………….….56
CHAPITRE II :
RENFORCEMENT DES BOUTS DE LIGNE ELECTRIQUE :
LA SOLUTION PHOTOVOLTAÏQUE ………………………………………….....58
II.1. INTRODUCTION………………………………………………………...59
II.2. LES CHUTES DE TENSION…………………………………………………...61
II.2.1. Quelques rappels sur le réseau électrique français (EDF)……………..61
II.2.2. Critères de
qualité…………………………………………………62
II.2.3. Définition et calcul des chutes de tension……………………………...63
II.2.4. Renforcement des bouts de ligne électriques…………………………..64
II.3. REDUCTION DES CHUTES DE TENSION – LA SOLUTION
PV………68
II.3.1. Introduction…………………………………………………………….68
II.3.2. Principe de fonctionnement……………………………………………69
II.3.3
Avantages……………………………………………………………….70
II.4. METHODOLOGIE ET ANALYSE…………………………………………….72
II.4.1. Présentation du bout de ligne étudié…………………………………...72
II.4.1.a. Critères de sélection………………………………………….73
II.4.1.b. Description du bout de ligne étudié………………………….74
II.4.1.c. Profil de consommation……………………………………...75

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II.4.2. Dimensionnement du système en toiture………………………………77
II.4.2.a. Synopsis de la méthode de dimensionnement………………..78
II.4.2.b. Calcul de la chute de tension avec et sans système PV connecté
en toiture………………………………………………………………80
II.4.2.c. Stratégies d’étude…………………………………………….82
II.4.2.d. Nombre de chutes de tension………………………………...87
II.4.2.e. Estimation de la taille du champ……………………………..88
II.4.3. Hypothèses économiques - Coût du kWh consommé…………………93
II.4.3. a. Evaluation du coût d’investissement initial…………………94
II.4.3. b. Le crédit d’impôt (Ministère de l’Economie, des Finances et
de l’Industrie, 2005)…………………………………………………..96
II.4.3. c. L’investissement brut………………………………………..97
II.4.3. d. Evaluation du coût d’investissement initial…………………98
II.4.3. e. Coût de remplacement du l’onduleur………………………..98
II.4.3.g. Coût du kWh destiné au consommateur……………………..99
II.4.4. Estimation des performances du système………………………… ...104
II.4.4.a . Distribution de
l’énergie……………………………………104
II.4.4.b. Pertes de ligne évitées………………………………………106
II.4.5. Calcul des émissions de CO2 évitées…………………………………109
II.4.6. Conclusion………………………………………………………110
II.5. SYSTEMES EN TOITURE CONNECTES AU RESEAU AVEC
BATTERIES……………………………………………………………………….112
II.5.1. Introduction…………………………………………………………..112
II.5.2. Les accumulateurs d’énergie…………………………………………113
II.5.2.a. Caractéristiques des accumulateurs d’énergie……………...113
II.5.2.b. Les rendements de conversion……………………………..117
II.5.2.c. Le régulateur……………………………………………….118
II.5.3. Modélisation de la charge à assurer par la batterie…………………..119
II.5.4. Méthode de dimensionnement……………………………………….128
II.5.5. Modes de fonctionnement……………………………………………132