PEPR TASE - HyMES

Modélisation hybride pour les systèmes multi-énergie

France 2030

Agrément n° ANR-22-PETA-0002

Démarrage : 2023

Fin : 2028

Le projet HyMES explore des solutions de modélisation hybrides pour aborder la complexité croissante des systèmes et réseaux multi-énergie. En combinant modèles physiques et modèles basés sur les données, le projet vise à améliorer la représentation des dynamiques énergétiques et à répondre aux défis des incertitudes et non-linéarités des modèles des systèmes. HyMES cherche de plus à développer un modèle de référence pour les réseaux multi-énergie.

Contexte du projet

Les villes consomment deux tiers de l'énergie primaire mondiale et émettent 70 % du carbone mondial. Aujourd'hui, plus de 50 % de la population mondiale vit dans des zones urbaines et l'on s'attend à ce que cette proportion atteigne 70 % d'ici 2050. Des actions spécifiques sont donc nécessaires pour accroître l'efficacité énergétique des systèmes énergétiques urbains et le taux d'énergies renouvelables. A cet égard, les systèmes et réseaux multi-énergie sont considérés comme des technologies prometteuses, car elles permettent le couplage entre les différents vecteurs énergétiques (électricité, chaleur) et une meilleure gestion de l’intermittence des EnR. En raison de leur complexité, l'intégration accrue de ces systèmes dans les villes nécessite des modèles capables d’englober la diversité des vecteurs énergétiques et des composants, ainsi que de traiter les différentes échelles et les différentes dynamiques.

Objectif du projet et pertinence

La complexité des systèmes et réseaux multi-énergie se caractérise par : des dynamiques de temps différentes selon les vecteurs énergétiques, des non linéarités dont le traitement classique limite la représentation réelles des phénomènes physiques, un accès limité à certains paramètres des systèmes (demande et production), une nécessité de prendre en compte certaines incertitudes de description des systèmes… Dans le projet HyMES, la modélisation hybride s’entend comme la combinaison de modèles physiques et de modèles à base de données à plusieurs niveaux des modèles et selon différentes formes : modèles de données assistés par les modèles physiques, estimation de paramètres de modèles physiques par apprentissage, chaînage de modèles de nature différentes et cosimulation…

Approche

Pour cela, le projet explorera les principes même de la modélisation hybrides tout en étudiant la pertinence et les performances de différentes solutions d’hybridation des modèles en fonction de l’échelle traitée, ainsi que lors des changements d’échelles nécessaires à l’étude de systèmes énergétiques complexes. Les échelles considérées vont des technologies de conversion ou de stockage de l’énergie, en passant par leur association au sein des réseaux de distribution des différents vecteurs énergétiques (eux même considérés dans la modélisation), jusqu’aux interactions multiples entre les réseaux via un ensemble de technologies de couplage. L’échelle spatiale étudiée correspond à l’échelle minimale regroupant la complexité recherchée sur un ensemble de réseaux de distribution (ensemble de quartiers, zones d’activités industrielles …). Les dynamiques temporelles seront également prises en compte selon les objectifs modélisation (ex : dimensionnement, pilotage), les technologies à modéliser (ex: dynamiques des stockages) et les différences entre dynamiques associées à chaque vecteur (ex: réseaux électriques Vs réseaux thermiques).

Résultats attendus

Le résultat de ces travaux permettra le développement d’un modèle de référence de réseau multi-énergie (jusqu’ici inexistant dans la communauté scientifique). Celui-ci sera documenté des choix de composition du cas d’étude (technologies, systèmes, réseaux), de l’ensemble de données qualifiées utilisées et des solutions de modélisation hybrides retenues. Par ailleurs, ce modèle de référence sera testé quant à sa pertinence pour évaluer les effets de l’intégration d’une technologie émergente dans les réseaux multi-énergie. La technologie retenue est celle de nouveaux panneaux photovoltaïques, dont la modélisation à l’échelle système sera développée en suivant également une approche hybride le cas échéant.