METEOROLOGIE APPLIQUEE AUX SYSTEMES ENERGETIQUES

Mes activites de recherche et d’enseignement au sein du laboratoire de Physique et Ingenierie Mathematique pour l’Energie le bâtiment et l’environnemeNT (PIMENT), de l’Ecole Superieure d’Ingenieurs Reunion Ocean Indien, de l’IUT de Saint-Pierre et de l’UFR Sciences de l’Homme et de l’Environnement de l’Universite de La Reunion contribuent au developpement de l’analyse meteorologique appliquee aux systemes energetiques. En effet, la tres grande majorite des systemes energetiques sont en interaction directe avec leur environnement climatique. Leurs performances sont donc intimement liees a cette interaction. Dans le contexte actuel, l’analyse des conditions meteorologiques est ainsi essentielle pour reduire les consommations d’energie produites a partir de ressources fossiles. Pour repondre a cet enjeu majeur de notre societe, il faut agir autant sur les systemes consommateurs d’energie que sur les systemes producteurs d’energie. Mes travaux de recherche sont actuellement structures selon ces deux axes.Le premier axe sera aborde a travers le bâtiment qui est actuellement un des tous premiers consommateurs d’energie. Il integre de nombreux elements tels que les composants de l’enveloppe, les systemes de traitement d’air, l’eclairage, l’electromenager, etc. A ce titre, il correspond a un systeme energetique complexe dont les performances sont fortement liees aux conditions climatiques dans lesquelles il evolue. La conception bioclimatique et le confort thermique illustrent parfaitement cet aspect. La consommation des bâtiments doit etre reduite par des moyes passifs (protections solaires, ventilation naturelle traversante, isolation, etc.) et par des systemes energetique plus efficaces. On s’oriente de plus en plus vers des bâtiments et des espaces bâtis plus larges (quartiers, villes) a energie positive. Pour ces constructions, la faible consommation est compensee par le recours a des energies renouvelables integrees au bâti. La modelisation et la simulation numerique du systeme complexe « bâtiment » sont largement traitees par des codes de calcul developpes par des laboratoires de recherche et utilises en ingenierie. Ces codes de calcul sont de plus en plus performants et la qualite des resultats depend aujourd’hui de la qualite des donnees que l’on utilise en entree. Pour pouvoir evaluer la consommation energetique des bâtiments, il est donc important de disposer de donnees meteorologiques de qualite et adaptees aux codes de calcul qui les utiliseront. D’une part, ces donnees meteorologiques doivent permettre d’estimer le confort thermique des usagers afin de verifier la capacite des bâtiments a fonctionner de maniere passive. D’autre part, elles doivent repondre aux besoins de dimensionnement des systemes energetiques et a evaluation de leurs consommations. Une methode de generation de donnees climatiques type pour la simulation des systemes energetique dite « Typical Meteorological Year (TMY) » developpee pour repondre au contexte particulier de l’ile de La Reunion sera presentee dans une premiere partie.Le deuxieme axe sera traite a travers la problematique d’integration des energies renouvelables intermittentes a l’interieur d’un reseau insulaire. En effet, les systemes de production d’electricite utilisant les ressources du soleil, du vent et de la houle suivent les variations spatiales et temporelles de ces parametres meteorologiques. C’est leur caractere intermittent. Ces ressources sont abondantes a l’ile de La Reunion et elles offrent une alternative interessante aux energies provenant de ressources fossiles. Malheureusement leur disponibilite n’est que tres peu correlee a la consommation energetique. L’intermittence de ces energies renouvelables pose de nouveaux challenges pour realiser leur insertion massive au sein de reseaux insulaires ne beneficiant pas d’interconnexion avec des reseaux continentaux. Pour repondre a cette problematique, deux approches complementaires sont proposees : la prevision de la ressource et le stockage de l’energie. Mes travaux de recherche se sont donc naturellement orientes vers l’application de l’analyse meteorologique appliquee a la prevision et au stockage. Ces deux approches seront illustrees par la prevision du rayonnement solaire et par le stockage d’energie couple aux energies renouvelables intermittentes.En considerant le fort potentiel solaire et sa maturite, la technologie PV est aujourd’hui la technologie la plus interessante et aussi la plus developpee a La Reunion. La puissance installee represente actuellement 30% de la puissance totale de production electrique de l’ile. L’integration massive de cette technologie, que ce soit a l’echelle du bâtiment ou a l’echelle d’une centrale de production, represente donc deja un probleme pour le gestionnaire du reseau electrique. La production PV a besoin d’etre anticipee a plusieurs echelles de temps pour, d’une part repondre au besoin de la consommation electrique et d’autre part, pour adapter le fonctionnement des systemes de production conventionnels. La prevision repond en partie a ces enjeux mais le besoin en stockage est necessaire. En effet, il permet de lisser les variations brutales de la production PV et il compense les erreurs inherentes a la prevision. Je presenterai dans le seconde partie du memoire les methodes que nous avons developpees pour generer des previsions du rayonnement solaire adaptees aux horizons de prevision utiles pour les acteurs de l’energie. Enfin, dans la troisieme partie, je presenterai l’etude de faisabilite technico-economique d’un stockage d’energie couple a une ferme PV et l’influence de la qualite de la prevision du rayonnement solaire sur la rentabilite du systeme de stockage.Pour atteindre l’objectif d’autonomie energetique que s’est fixee l’ile de La Reunion pour 2030, il est necessaire de produire l’integralite des besoins a partir des ressources renouvelables disponibles localement. Cet objectif n’est atteignable qu’en mettant en adequation parfaite les systemes de production et de consommation d’energie en utilisant si besoin du stockage. Les ressources renouvelables mais aussi les consommations liees au confort, notamment dans l’habitat, decoulent de l’environnement climatique. L’etape suivante est donc de realiser une approche qui propose l’analyse meteorologique appliquee au couplage entre les systemes consommateurs et producteurs d’energie. Cette approche constitue la ligne directrice des mes perspectives et sera presentee en derniere partie. Ce document presente la synthese de mes activites de recherche, de valorisation, de formation et d'animation dans le cadre du developpement de l’analyse climatique appliquee aux systemes energetiques. Le contexte particulier d’une region insulaire en climat tropical humide est le support d’application de ce concept.