Energie éolienne - Ademe

bunkietameAI and Robotics

Oct 20, 2013 (3 years and 9 months ago)

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Le Centre d’Énergétique
www-cenerg.cma.fr
2Le Centre d’Énergétique
ANEMOS
MICRO-GRIDS
MORE-CARE
SODA
RESPIRE
CARE
ODISSEE
DISPOWER
LEMNOS
THERMIE
MED2010
Wind Power
PREHYNET
HELIOSAT
SOLARGIS
Integration Study
MORE
PV-MODE
3
1990 1996 2002Axes de Recherche
1. Dimensionnement des fermes éoliennes 5. Cartographie du potentiel
off-shore par images satellites.
2. Modélisation dynamique
6. Systèmes d’Information Géographique
Évaluation de sécurité
3. Gestion des systèmes électriques
4. Prédiction de la production éolienne
4Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Intégration des ENR
Gestion
Prédiction
Intégration des ENR par l’utilisation des Systèmes d’Information Géographique - SIG
• Planification
• Intégration de la production répartie
• Maîtrise de la demande d’électricité
PROJET SOLARGIS
PROJET SOLARGIS
5



































Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Gisement éolien off-shore
Gestion
Prédiction
Évaluation et cartographie du gisement éolien off-shore par images satellite.
6




Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Modélisation Dynamique
Gestion
Prédiction
Évaluation de la stabilité du réseau suite aux perturbations :
dé-,connexions des éoliennes,
Échelle de temps : 0-30 sec.
court circuits,
production variable des EnR,
...
MODÈLE
DYNAMIQUE
MODÈLES DSA
Simulations
Simulations
Intelligence Artificielle
OFF-LINE ON-LINE
OFF-LINE ON-LINE
Limites techniques de pénétration éolienne Évaluation en-ligne de sécurité
Limites techniques de pénétration éolienne Évaluation en-ligne de sécurité
Gestion temps-réel
Gestion temps-réel
Règles de gestion qui maximisent la sécurité
Règles de gestion qui maximisent la sécurité
Dimensionnement
Dimensionnement
7Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Modélisation Dynamique
Gestion
Prédiction
Moteur diesel,Turbine à gaz
Turbine éolienne
Génératrice asynchrone
Condensateurs
Génératrice synchrone
Régulateur de tension
Régulateur de vitesse
Centrale thermique
Lignes MT, HT
Transformateurs
Charge
8Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Modélisation Dynamique
Gestion
Prédiction
Turbine hydraulique
Partie hydraulique (conduites forcées,
Régulateur de vitesse
cheminée d’équilibre,…)
Génératrice synchrone
Régulateur de tension
H
S
1-4
H
T
H A
1-2
A C
A
1-4
A
CC
LT
1-2
L
C
L
1-4
L CC
9
Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Modélisation Dynamique
Gestion
Prédiction
LA DESIRADE (Validation du logiciel)
Fréquence (Hz)
50.8

50.3
SYSTÈME ÉOLIEN-DIESEL

49.8
E.g. : Réponse de la fréquence du réseau suite

à une déconnexion de la ferme éolienne 49.3
Mesures

Simulation
(perte de 37 % de la production).
48.8
0 2 4
Temps (sec)
PLUM (Eol.)
NEPOUI (Diesel)
NOUVELLE CALÉDONIE
12x225 kW L 6
DUCOS (TAG)
2x12.4 MW
L 8
25 MW
L 5
L 9 L 7
L 1 0
N o u m e a
SYSTÈME COMPLEXE
Demande : 210 MW
150 kV
33 kV
Éoliennes : 3 MW
Hydro : 78 MW
L 4
N o u m ea
L 1 1 L 1 2 L 1 ,2 ,3
S L N
TU (Hydro) YATE (Hydro)DONIAMBO (Thermal)
NEAOUA (Hydro)
2x3.6 MW 2.2 MW 4x17 MW 4x40 MW
10
Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Gestion de l’Énergie Éolienne
Gestion
Prédiction
OBJECTIF
Développement d’un outil d’aide à la décision en-ligne, capable de proposer à
l’opérateur des actions (e.g.: connexion/déconnexion des groupes) qui optimisent le
fonctionnement du système électrique.
Maximisation de l’intégration éolienne
Minimisation des coûts de production
Maximisation de la sécurité au réseau
PROJETS
Développement d’un système de contrôle pour les systèmes éolien-diesel
LEMNOS:
Application: Île Grecque de Lemnos (demande.: 10 MW, éol.: 2 MW)- JOULE II (92-95)
Développement d’un système de contrôle pour les systèmes insulaires de taille important
CARE:
Application: Île de Crète (demande: 450 MW, éol.: 90 MW) - JOULE III (97-99)
Optimisation de la gestion des systèmes électriques incluant des ENR
MORE-CARE:
Applications: Crète, Madeira, Irlande - ENERGIE (99-03)
11Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Projet MORE-CARE
Gestion
Prédiction
E EN NE ER RGI GIE E: : E ER RK K5 5--C CT T1999 1999--0001 00019 9
1999-2003
1999-2003
« More Advanced Control Advice for Secure Operation of Isolated
Power Systems with Increased Renewable Energy Penetration & Storage »
PORTUGAL
GREECE
• INESC
• NTUA - National Technical Univ. of Athens
• EEM – Electricitade de Madeira
• PPC – Public Power Corporation
• AUTH – Aristotelian University
GREAT BRITAIN
• RAL- Rutherford Appleton Laboratory
FRANCE
• Ecole des Mines de Paris/ARMINES
IRELAND
• ESB - Electricity Supply Board
http://www-cenerg.cma.fr/more-care
12Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Le système MORE-CARE
Gestion
Prédiction
ADVANCED MODULES FOR:
1. Load forecasting (total load, bus bar loads, 48 h).
OPERATOR
(short-term 8 h ahead, long-term
2. Wind power forecasting
48 h using meteo).
3. Hydro forecasting (prediction of inflows).
SCADA
system
(optimal scheduling of units for next
4. Unit Commitment
48 h accounting for storage management and liberalised
market conditions).
LOAD MAN-MACHINE
SCHEDULER
FORECASTING INTERFACE
5. Economic Dispatch (provides operating points of both
conventional and renewable units for next minutes).
x
RENEWABLES SECURITY
DATA-BASE
FORECASTING ASSESSMENT
(supervises scheduling
6. Dynamic Security Assessment
of the power units in order to maximise power system
security by proposing preventive and remedial advice).
UNIT ECONOMIC SECURITY
COMMITMENT DISPATCH MONITORING
(for on-line security
7. Real-time Security Monitoring
Architecture of the Control System
evaluation).
13Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Le système MORE-CARE
Gestion
Prédiction
Man-Machine
Interface
Load Forecasting
Load Forecasting


Wind Power Forecasting
Wind Power Forecasting
24h Unit Commitment
24h Unit Commitment
14

Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Projet MORE-CARE
Gestion
Prédiction
INSTALLATIONS FOR ON-LINE OPERATION (2002):
Ireland
Crete
?? ? ?
?
?? S???
?? T? ? ?
? G??
? ???? ??? ? ? ??
?
?
S??? ???
1
? ???? ??? 2 S? ? ? ??
3
???? ? ? ?? ? ? ?O? ??
? G.
?
? ?????? S
? ? ???
S
Madeira
Stand-alone wind
forecasting module
(11 WFs)
15Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Projet MICROGRIDS
Gestion
Prédiction
E EN NE ER RGI GIE E: : E EN NK K5 5--C CT T--2002 2002--00610 00610
2002-2005
2002-2005
« Large Scale Integration of Micro-generation to Low Voltage Grids »
GREECE
PORTUGAL
• NTUA - National Technical Univ. of Athens
• INESC
(COORDINATOR)
• EDP – Electricidade de Portugal
• PPC – Public Power Corporation
• GERMANOS S.A.
SPAIN
• LABEIN
FRANCE
• EHN
• Ecole des Mines de Paris/ARMINES
• EDF
GERMANY
• ISET
GREAT BRITAIN
• SMA REGEL SYSTEM GMBH
• UMIST – Univ. of Manchester
USA

URENCO POWER TECHNOLOGIES RTD
• EPRI
16
Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Projet MICROGRIDS
Gestion
Prédiction
OBJECTIVES:
Analysis of operation of micro-grids in parallel with the main grid and in islanding conditions;
Increase reliability in distribution networks;
Increase penetration of renewable energies and other micro-sources like, fuel-cells; micro-turbines and CHP;
Merge market concepts for micro-generation together with Demand Side Management (DMS) policies to get an
economic and efficient control of the micro-grid;
Define control strategies that will help in the operation and management of micro-grids to assure that the system is able
to meet the operational constraints (regarding voltage and frequency) and is delivering power in the most economic way.
PV
LC
DC
AC
MC
Storage
MC
AC
DC
LC
LC
MC
~ CHP
MV LV
Fuel Cell
MC
DMS
AC
DMS
DC
MGCC
MGCC
MC
AC
LC
DC
~
17
Micro TurbineDimensionnement
Off-shore
Sécurité
Projet MICROGRIDS
Gestion
Prédiction
RESEARCH:
1. Steady State and Dynamic Simulation Tools
2. Development of Local Micro Source Controllers
3. Development of Micro Grid Central Controller
4. Development of Emergency Functions
5. Investigation of Safety and Protection Requirements
6. Investigation on telecommunication infrastructures and communication protocols
7. Commercial and regulatory arrangements
8. Development of Laboratory MicroGrids
9. Evaluation on Model Networks
PV
LC
DC
AC
MC
Storage
MC
AC
DC
LC
LC
MC
~ CHP
MV LV
Fuel Cell
MC
DMS
AC
DMS
DC
MGCC
MGCC
MC
AC
LC
DC
~
18
Micro TurbineDimensionnement
Off-shore
Sécurité
Projet DISPOWER
Gestion
Prédiction
E EN NE ER RGI GIE E: : N NN NE E5 5--2001 2001--00075 00075
2001-2004
2001-2004
« Distributed Generation with High Penetration of Renewable Energy Sources »
GERMANY
GREECE
• ISET (COORDINATOR)
• NTUA - National Tech. Univ. of Athens
• DUTRAIN
• PPC – Public Power Corporation
• Univ. of Duisburg
• CRES
• GhK
• GERMANOS
• KIRSCH GmbH
• SMA
GREAT BRITAIN
• VHG ISE
• ECONNECT
• Stadwerke Karlsruhe

IMPERIAL COLLEGE
• MVV Energie AG
• IT POWER
• UMIST
• The Met. Office
FRANCE
• Univ. Of Strathclyde
• Ecole des Mines de Paris/ARMINES
http://www.iset.uni-kassel.de/dispower
• ALSTOM
• EDF
NETHERLANDS
• VERGNET S.A.
• APX - Amsterdam Power Exchange

ECN
SPAIN BELGIUM DENMARK AUSTRIA ITALY POLAND
• EHN • K.U. Leuven R&D • EMD • ARSENAL • CESI • Technical Univ. of Lodz
• IBERDROLA • COGEN Europe • VERDUNDPLAN GmbH • Univ. of Genova
19
• LABEIN

Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Projet DISPOWER
Gestion
Prédiction
OBJECTIVES:
Strategies for grid stability and system control in distributed generation (DG) networks
Safety and quality standards in DG networks and investigations on quality improvements and requirements by
decentralised inverters and generation systems
Assessments of impacts to consumers by ICTs, energy trading and load management
Planning & design tools to insure reliable and economic integration of DG components in regional and local
grids
Internet based information systems for improved communication, energy management and trading
Investigations on contract and tariff issues regarding energy trading and wheeling, and ancillary services
Improvement and adaptation of test facilities and performance of experiments for further development of DG
components, control systems as well as design and planning tools
Dissemination & implementation of concepts and components for an improved integration of DG technologies
in different European electrical network environments.
20

Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Prédiction de la production éolienne
Gestion
Prédiction
SHORT-TERM MODELS [1-10 HOURS AHEAD]
ON-LINE
ONLY ON-LINE INPUT (wind power, speed, direction)
WIND FARM DATA
FUZZY NEURAL NET MODEL
(vs. Neural Networks, Wavelets,
ARMA, Radial Basis Functions…)
FORECASTING
ON-LINE OPERATION IN :
MODEL
CRETE,
Power
MADEIRA,
output
IRELAND.
0 2 4 6 8 10
Hours
Hours
21




Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Prédiction de la production éolienne
Gestion
Prédiction
LONG-TERM MODEL (METEO) [1-48 HOURS AHEAD]
ON-LINE OPERATION IN : CRETE, IRELAND
NUMERICAL
ON-LINE
WEATHER
WIND FARM DATA
PREDICTIONS
FORECASTING
MODEL (F-NN)
Power
output
15 km
15 km
0 12 24 36 48
22
Hours
HoursDimensionnement
Off-shore
Sécurité
Prédiction de la production éolienne
Gestion
Prédiction
PERFORMANCE OF ARMINES (FSD-1) MODEL.
IRELAND: Wind farm N° 2 (15 MW)
Advanced vs Direct Prediction (using HIRLAM speed Level-10m)
Advanced vs Direct Prediction (using HIRLAM speed Level-10m)
15
15
Measurement
Measurement
Direct prediction
Direct prediction
12
FSD-1 12
FSD-1
9
9
6
6
3
3
0
0
1705 1710 1715 1720 1725 1730 1735 1780 1782 1784 1786 1788 1790 1792 1794 1796 1798 1800
Time (Hours)
Time (Hours)
23
Power (MW)
Power (MW)Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Projet ANEMOS
Gestion
Prédiction
E EN NE ER RGI GIE E: : N NN NE E5 5--2001 2001--00857 00857
(2002-2006)
(2002-2006)
“Development of a next generation wind resource forecasting system for the
“Development of a next generation wind resource forecasting system for the
large-scale integration of onshore and off-shore wind farms”.
large-scale integration of onshore and off-shore wind farms”.
24
Anemos = le VENT (GR !
) Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Projet ANEMOS
Gestion
Prédiction
E EN NE ER RGI GIE E: : N NN NE E5 5--2001 2001--00857 00857
(2002-2006)
(2002-2006)
FRANCE:
GERMANY:
• Ecole des Mines de Paris (COORDINATOR)
• University of Oldenburg

ARIA Technologies
• EWE
• EDF

OVERSPEED GmbH
• Meteo France
IRELAND
DENMARK:
• ESB - Electricity Supply Board
• RISOE
• IMM - Technical University of Denmark
• ELSAM
GREECE

IASA - University of Athens
• NTUA - National Technical Univ. of Athens
SPAIN
• PPC

CIEMAT
• Carlos III University of Madrid
• EHN - Energia Hidroeléctrica de Navarra
GREAT BRITAIN
• REE- Red Eléctrica de España
• RAL- Rutherford Appleton Laboratory
• IDAE
http://anemos.cma.fr
25Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Projet ANEMOS
Gestion
Prédiction
Pre-NORMATIVE RESEARCH
(F) EdF

(IRL) ESB
(E) IDAE
• EWE
(E) EHN
• REE
INDUSTRIALS - Software
RESEARCH - INNOVATION
(DK) ELSAM
(DK) RISOE
(F) ARMINES
(F) ARIA Technologies
(F) ARIA (DK) DTU
(D) OVERSPEED
(E) CIEMAT
(EL) NTUA
(E) UC3M. (EL) IASA
(D) Univ- Oldenburg (UK) CCRLC
SOCIO-ECONOMIC ASPECTS
METEOROLOGY EXPERTS
(F) METEO FRANCE
(E) IDEA
(EL) IASA
(E) REE
(D) DWD*
END USERS
(F) ADEME*
(E) INM*
(F) EdF
(I RL) ESB
(DK) DTU*
(E) EHN (EL) PPC
(E) IDAE (DK) ELSAM
(D) EWE
(E) REE
26Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Projet ANEMOS
Gestion
Prédiction
OBJECTIVES :
OBJECTIVES :
• Reliable large-scale wind power integration.
• Enhance competitiveness of wind power in a liberalised electricity market.
• Develop accurate models that substantially outperform state-of-the art.
e.g. for complex terrain, extreme weather conditions, etc.
4. Develop appropriate models for off-shore wind farms.
5. Demonstrate economic and technical benefits from accurate wind prediction
at different levels: national, regional or at single wind farm level and for time
horizons ranging from minutes up to several days ahead.
27Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Projet ANEMOS
Gestion
Prédiction
RESEARCH :
RESEARCH :
• Benchmarking & improvement of existing prediction systems.
• Statistical & physical modelling (emphasis to complex terrain, CFD).
• High-resolution meteorological forecasts.
• Downscaling (accurate prediction at the level of wind farm).
• Upscaling (prediction of regional/national power).
• Off-shore prediction (physical, statistical, marine meteorology).
• Satellite radar images for off-shore model validation.
• …
DEVELOPMENT:
DEVELOPMENT:
• Advanced forecasting software “ANEMOS”
• Information/Communication technology
28Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Projet ANEMOS
Gestion
Prédiction
Installations of ANEMOS for on-line operation at :
• EDF (FR)
• EHN (E)
• ELSAM (DK)
APPLICATIONS
• ESB (IRL)
• EWE (D)
• PPC (GR)
O O On n n- - -S S Sho ho hor r re e e O O Off ff ff- - -S S Sho ho hor r re e e
V V Va a ar r riiiou ou ous s s T T Te e er r rr r ra a ai i in n ns s s
Regional/National
S S Siiing ng ngllle e e F F Fa a ar r rm m ms s s IIIs s sllla a and nd nds s s Regional Power
Power
29Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Projet ANEMOS
Gestion
Prédiction
E EN NE ER RGI GIE E: : N NN NE E5 5--2001 2001--00857 00857
Installations for on-line
operation at:
EWE (D)
EWE (D)
Upscaling for 1500 MW
Upscaling for 1500 MW
EDF (FR)
EDF (FR)
Ersa in Corsica (2.4 MW).
Ersa in Corsica (2.4 MW).
Dunkerque (2.7 MW).
Dunkerque (2.7 MW).
Sallèles-Limousis (7.5 MW).
Sallèles-Limousis (7.5 MW).
EHN (E)
EHN (E)
Upscaling for 1000 MW
Upscaling for 1000 MW
30Dimensionnement
Off-shore
Sécurité
Projet ANEMOS
Gestion
Prédiction
E EN NE ER RGI GIE E: : N NN NE E5 5--2001 2001--00857 00857
Installation for on-line operation at:
OFF-SHORE WIND FARM OF HORNS REV (DK)
160 MW (80 WTs x 2 MW)
Horns Rev
31e
6 - PCRD
Réseau d’Excellence
“Advanced tools for renewable energy resource
assessment, siting and short-term forecasting”
RES-SOFT
• ADEME (F) • IDAE (E) • Meteo-France (FR)
• Meteo-France (FR)
• • •
Ecole des Mines de Paris (F) EHN (E) • OVERSPEED (D)
OVERSPEED (D)
• • •
Aria Technologies (F) Univ. Carlos III Madrid (E) • Valorem (F)
Valorem (F)
• • •
EdF (FR) ESB-National Grid (IRL) • CR CRES ES ((G GR R))
• RISOE (DK) • Univ. Oldenburg (D) • OME-Observ. Méditer. de l’Energie (F)
• OME-Observ. Méditer. de l’Energie (F)
• • •
ICCS/NTUA (GR) REE-Red Electrica de Espana (E) • University of Bergen (NW)
University of Bergen (NW)
• • •
IASA (GR) CREST (UK) • ENTPE (F)
ENTPE (F)
• • •
ISE (D) PPC (GR) • ERGA (I)
ERGA (I)
• ISET (D) • INESC (PT) • RAL- Rutherford Appleton Lab (UK)
• RAL- Rutherford Appleton Lab (UK)
• •
CIEMAT (E) DTU-Tech. Univ. Denmark (DK)
32CONCLUSIONS
CENTRE D’ENERGETIQUE:
Intégration optimale de Intégration optimale de
l’énergie éolienne dans les l’énergie éolienne dans les
systèmes insulaires systèmes interconnectées
Production répartie
Prédiction de la ressource.
33