MISE EN ŒUVRE DE LA SIMULATION

 Différents cas d’application potentiels du stockage électrique via l’hydrogène électrolytique (Unité de Stockage d’Energie via l’Hydrogène, USEH) ont été évalués afin de déterminer selon un certain nombre de critères techniques, quelles sont les applications réellement envisageables pour ce type de stockage. Nous avons donc simulé un système stationnaire, isolé du réseau, comportant un champ photovoltaïque, un stockage d’énergie (batteries, USEH ou stockage hybride USEH/batteries) et un utilisateur matérialisé par une charge. Afin de généraliser cette étude, nous avons testé différents profils de charge dont la puissance moyenne annuelle est de 1 kWe (type ‘village isolé’) pour trois lieux différents, centrés sur l’Europe occidentale. Ce chapitre a pour objet d’introduire et de détailler la mise en œuvre de la simulation. La description de l’environnement de simulation sera faite dans un premier temps. L’implémentation des modèles des composants dans le simulateur a nécessité certaines modifications afin de réduire les durées de simulation. Elles seront détaillées dans un deuxième temps. La présentation de l’architecture des systèmes évalués et des lois de gestion de l’énergie appliquées lors de leur fonctionnement sera ensuite proposée. Un dimensionnement optimal de chaque composant des systèmes a été défini pour chaque cas testé. Les méthodes utilisées seront exposées dans une quatrième partie. La dernière partie de ce chapitre présentera en détail la construction des profils de charge, le choix des lieux retenus ainsi que les paramètres nécessaires au fonctionnement du simulateur. La mise en œuvre de la simulation clairement exposée permettra au lecteur de comprendre de quelle manière les résultats proposés dans le chapitre suivant ont été obtenus.

Présentation de la simulation

Utilisation de l’existant et développement des composants simulés Nous nous sommes inspirés du simulateur PVFCSYS (système autonome de production d’énergie) développé par S. Busquet au cours de sa thèse [IV-3] afin d’élaborer notre propre outil de simulation. Il a été largement modifié et adapté à nos besoins. Les paramètres de dimensionnement des composants sont désormais des variables dont la valeur est assignée de manière externe. Cette modification permettra par la suite de mener à bien notre étude paramétrique. Les composants suivants ont été introduits dans le simulateur : • le stockage batteries ; • les convertisseurs électriques (DC/DC et DC/AC) ; Les composants suivants ont été modifiés : • la pile à combustible ; • la consommation des périphériques de la pile à combustible et de l’électrolyseur ; • le champ photovoltaïque, dorénavant associé à un module MPPT. L’architecture globale du système a évoluée du fait de l’ajout des convertisseurs électriques. Enfin, les algorithmes de gestion de l’énergie au sein du système ont été entièrement reformulés.

Environnement de la simulation

La simulation a été réalisée dans l’environnement Matlab, dans lequel divers niveaux de langage ont été utilisés. Des routines (fichier .m) écrites en langage Matlab font appel au simulateur (fichier .mdl) qui a été développé sous Simulink. Cet environnement de simulation de Matlab contient une bibliothèque pourvue d’objets mathématiques courants, que l’on utilise en les connectant les uns aux autres pour construire le modèle (cf. Figure V-1). Les objets ‘S-Function’ appellent des sous-programmes préalablement compilés et écrits en langage C. L’utilisation de ces ‘SFunction’ permet de réduire considérablement le temps de calcul du simulateur. Cet environnement permet en outre de résoudre des équations implicites ou boucles algébriques, présentes dans notre modélisation au niveau des équations électriques et thermiques.  Figure V-1: schéma synoptique de la simulation développée dans l’environnement Matlab. L’utilisation du simulateur permet de déterminer à chaque pas de temps (10 minutes) un grand nombre de grandeurs physiques qui varient avec le fonctionnement des composants : puissance échangée, tension, température, états de charge du stockage, etc. Toutes ces données sont collectées par un module d’acquisition et enregistrées dans un fichier (.mat) exploitable en post-traitement dans Matlab. Chacun des composants du simulateur dépend de nombreux paramètres : constants (liés à la nature du composant) ou variables (liés au dimensionnement). Dans ce cas, leur valeur peut être fixée selon le choix de l’opérateur. Dans le cadre de notre étude, des routines d’optimisation ont permis d’ajuster certains paramètres dimensionnels par simulations successives, en fonction de critères préalablement établis.