Modelisation and analysis behavior of a building equipped with multi sources energy systems
Modélisation et Analyse du comportement d'un Bâtiment équipé d'un Système Multi Sources d'énergie
Résumé
The studied problem is the management of a multi-energy systems dedicated to buildings
and their loads in urban areas. The energy can be supplied by photovoltaic panels, wind turbines,
solar thermal collectors and can be stored in batteries. Such systems requires a good strategy for
monitoring, control and eective management. This needs a good strategy which is based on ecient
systems modeling and analysis.
In a rst step we develop a reliable model of a building composed by three rooms and various
domestic loads such as washing machine, freezer, refrigerator and some electrical power demands.
In order to develop optimized solutions for multiple sources used in urban areas, we develop a realtime
simulation model of an example of a realistic system. Thus, the denition of analytical tools to
study the problem of energy management allows to reduce primary energy consumption and lower the
production of greenhouse gases while covering the energy needs answering demand.
After a short state of the art, the building energy requirement and loads, are studied and a real
time simulation model is developed in chapter two. In the third chapter, the building is connected to
a multiple sources system to produce the required energy. Then a proposed controller is applied for
energy management. Chapter 4 is dedicated to improve the Maximum Power Point Tracking for the
PV generator, exploiting techniques of Variable Structure Systems for observation and control. Energy
production is coupled, for domestic uses, to battery storage (for short and long durations). These same
VSAS technique is then used in Chapter 5, for observation, estimation, prediction and management of
stored energy.
La problématique est d'étudier la gestion d'un système multi-énergies, en fonction de la
demande, dédié au bâtiment en milieu urbain. L'énergie peut être fournie par des panneaux photovolta
ïques, une éolienne, des capteurs thermiques et peut être stockée dans des batteries et une pompe à
chaleur. L'étude de ces systèmes complexes nécessite une bonne stratégie de contrôle, de commande et
la mise au point de méthodes de gestion ecace.
Le travail consiste à réaliser un modèle able et une simulation (réaliste en temps réel) du syst
ème multi-sources et d'un bâtiment de trois pièces, avec diérentes charges domestiques, comme une
machine à laver, un congélateur, un réfrigérateur et des systèmes de chauage. Un système de gestion
des sources d'énergie qui permet d'ajuster et d'optimiser la consommation d'une façon adaptée
aux ressources énergétiques disponibles tout en satisfaisant la demande et maximisant le confort des
occupants dans le bâtiment est ensuite étudié. Ainsi, la dénition d'outils d'analyse permettra d'étudier
le problème de la gestion de l'énergie pour réduire la consommation d'énergie primaire et baisser
la production de gaz à eet de serre tout en couvrant les besoins énergétiques et en répondant à la
demande.
Après un état de l'art, le besoin en énergie d'un bâtiment et ses charges, en temps réel, est étudié
pour développer un modèle de simulation (chapitre 2). Ensuite, dans le chapitre 3, le bâtiment est
couplé à un système multi-sources pour la production de l'énergie nécessaire à la demande. L'avant
dernier chapitre est dédié à l'amélioration de la poursuite du point de production maximale d'énergie
qui peut être fournie par le générateur PV, en exploitant des techniques d'observation et de commande
pour Systèmes Automatisés à Structure Variable (SASV). La production d'énergie est couplée, en
plus des charges d'utilisation domestique, à un stockage sur batterie. Ces mêmes techniques SASV
sont ensuite exploitées, dans le dernier chapitre, pour l'observation, l'estimation et la prédiction des
réserves et la gestion de l'énergie stockées sur batterie.
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