Fatimatou WADE : " Optimisation d'un système énergétique intégré basé sur une turbine à gaz alimentée à l’hydrogène pour le Power-to-Power [...]

Titre complet de la thèse : Optimisation d'un système énergétique intégré basé sur une turbine à gaz alimentée à l’hydrogène pour le Power-to-Power, l’approvisionnement en hydrogène et les services auxiliaires sous contraintes techno-économiques et environnementales.

Résumé : Cette thèse porte sur l'évaluation technico-économique d'un système énergétique intégré combinant une centrale éolienne, une centrale solaire, un électrolyseur, un compresseur, un stockage d'hydrogène et une turbine à gaz alimentée à l'hydrogène pour assurer un approvisionnement énergétique neutre en carbone, basé sur le processus Power-to-Power. Une méthode itérative de dimensionnement est d'abord développée, couplée à une stratégie de gestion de l’énergie basée sur des règles permettant un pré-dimensionnement visant à minimiser les coûts d’investissement tout en assurant la satisfaction de la demande. Ensuite, une méthode d'optimisation à 2 niveaux est proposée afin de permettre un dimensionnement optimal simultanément à une gestion énergétique optimisée dans différents scénarios d’exploitation, incluant l’approvisionnement en électricité, en hydrogène et la fourniture de services auxiliaires par l’électrolyseur. L’optimisation a 2 niveaux emploie un algorithme génétique pour déterminer les capacités installées optimales des énergies renouvelables, de l’électrolyse, du stockage et de la centrale à turbine à gaz, en maximisant la valeur actuelle nette du projet, communiquant avec une couche interne basée sur une formulation en programmation linéaire en nombres entiers visant à minimiser les coûts opérationnels du système et maximiser ses revenus. Deux études de cas, chacune mettant en œuvre une technologie de turbine à gaz différente dans un context variant. La première étude examine une turbine à gaz de type « Aérodérivative » en Australie, tandis que la seconde porte sur une turbine à gaz de type « Heavy Duty » en Allemagne. Les principaux résultats montrent pour une gestion énergétique optimisée que la demande est satisfaite grâce à une combinaison d’énergies renouvelables assurant la charge de base, la turbine à hydrogène équilibrant la production, l’électrolyseur convertissant l’énergie renouvelable et le stockage jouant un rôle tampon. L’analyse révèle également que des capacités de stockage d’hydrogène importantes sont nécessaires, les solutions souterraines comme les cavernes salines s’avérant donc plus adaptées que les réservoirs pressurisés en surface. Enfin, l’introduction de ventes d’hydrogène peut générer des revenus supplémentaires, mais des incitations financières—telles que des subventions à l’investissement, des primes de rachat ou des crédits d’impôt—sont nécessaires pour assurer la rentabilité du projet.

Composition du jury :

Robin ROCHE, Professeur des universités, Université Marie et Louis Pasteur, Directeur de thèse

Manuela SECHILARIU, Professeure des universités, Université de Technologie de Compiègne, Rapporteur

Damien GUILBERT, Professeur des universités, Université Le Havre Normandie, Rapporteur

Vincent BERTRAND, Maître de conférences, Université Marie et Louis Pasteur, CoDirecteur de thèse

Damien PAIRE, Maître de conférences, Université de Technologie Belfort-Montbéliard, Co-encadrant de thèse

Xavier ROBOAM, Directeur de recherche, Université de Toulouse, Examinateur

Robin GIRARD, Directeur de recherche, Mines Paris – PSL, Examinateur

Localisation : UTBM - Campus de Belfort, Techn'Hom, Bâtiment A 13 rue Thierry Mieg 90000 BELFORT - salle A101