COSMAC - Conception Optimale d’un Système Multi-énergies Appliquée aux bâtiments Commerciaux

Coordinateur : Mathieu Bressel, Junia, CRIStAL

Équipe : PERSI du Groupe Thématique : ToPSyS.

Date : 2022 - 2026

Résumé :

Vers des solutions Énergétiques Durables pour le Secteur du Bâtiment

Le secteur du bâtiment représente 44% de la consommation d’énergie en France et offre un potentiel considérable de réduction de l’impact environnemental au travers de l’énergie renouvelable. Cependant, ces systèmes ont l’inconvénient d’une production intermittente. Les bureaux d’études auront besoin d’outils pour concevoir et gérer un tel système intégrant des sources d’énergie renouvelable, du stockage et des profils de production/consommation difficiles à prévoir.

Vers un Dimensionnement et une Gestion Énergétiquement Efficaces dans les systèmes Multi-Sources avec Stockage d’hydrogène

Dans ce projet, nous proposons d’optimiser le dimensionnement et la gestion énergétique d’un système multi-source (solaire photovoltaïque, pile à combustible et réseau électrique de distribution) avec stockage d’hydrogène pour un bâtiment commercial, en tenant compte de plusieurs objectifs. L’optimisation du dimensionnement et de la gestion prendra en compte divers critères tels que l’autoconsommation, le coût énergétique, les interactions potentielles avec le réseau, l’intégration de nombreuses bornes de recharge pour véhicules électriques dans les parkings, le cycle de vie économique et écologique, ainsi que l’impact énergétique des utilisateurs. Le potentiel de l’hydrogène vert produit localement réside dans son stockage à long terme de l’énergie et de sa fourniture aux stations-services voisines.
Le produit final du projet sera un ensemble d’algorithmes pour relever ce défi. Il sera au cœur d’un outil (logiciel de conception de systèmes multi-énergétiques) destiné à être adaptable en fonction des usages, de la configuration du système et de la localisation géographique. Ces algorithmes présenteront les innovations suivantes :
1. L’adaptation à la topologie des bâtiments et de l’équipement (sources, stockage et charges) ;
2. Le stockage d’hydrogène pour alimenter une station-service ou pour une future réinjection via une pile à combustible (avec le soutien de batteries pour les transitoires) ;
3. L’approche d’optimisation sera dynamique (tenant compte de la variation temporelle) en considérant des modèles physiques, des données incertaines et une supervision énergétique ;
4. L’optimisation sera multi-objectifs, intégrant les coûts énergétiques, l’évaluation du cycle de vie, l’autoconsommation et les préférences des clients ;
5. L’intégration des contraintes et comportements des utilisateurs en examinant plusieurs scénarios possibles d’implication et d’incitations via des stations de recharge pour aider le réseau.

Abstract :

Unlocking Sustainable Energy Solutions for the Building Sector

Yhe building sector accounts for 44% of energy consumption in France and holds significant potential for reducing environmental impact. Therefore, retailers aim to introduce renewable energy production in their malls. However, these systems have the drawback of intermittent energy production. Design offices will require tools to design and manage a multi-energy system that incorporates renewable energy sources, storage, and production/consumption profiles that are challenging to predict.

Toward efficient Energy Management and sizing in Multi-Sources Systems with Hydrogen Storage

In this project, we propose optimizing the sizing and energy management of a multi-source system (photovoltaic solar, fuel cell, and electrical distribution network) with hydrogen storage for a commercial building, considering multiple objectives. The optimization of sizing and management will consider various criteria such as self-consumption, energy cost, potential interactions with the grid, integration of numerous electric vehicles charging stations in parking lots, economic and ecological life cycle, and user energy impact. The value of locally produced green hydrogen lies in its potential for long-term energy storage and supplying nearby gas stations.
The final deliverable of the project will be a set of algorithms to respond to this challenge. It will be the core of a tool (multi-energy systems design software) that is intended to be adaptive, according to uses, system configuration and geographical location. These algorithms will present the following innovations :
1. The adaptation to building topology and equipment (sources, storage, and loads) ;
2. The hydrogen storage to serve a gas station or for future reinjection via a Fuel Cell (with the support of batteries for the transients) ;
3. The optimization approach will be dynamic (considering time variation) considering physical models, data considered uncertain, and energy supervision ;
4. The optimization will be multi-objective, integrating energy costs, life cycle assessment, self-consumption, and customer preferences ;
5. The integration of user constraints and behaviors by investigating several possible scenarios of involvement and incentives through charging stations to help the grid.