Master's thesis and Internship : Power system dynamics of an islanded wind to hydrogen production hub: parametric assessment of system flexibility under wind power variations

Abstract

Les systèmes de production d’hydrogène à partir d’énergie éolienne de grande puissance constituent une solution prometteuse pour produire de l’hydrogène bas carbone dans les régions présentant un potentiel éolien important. Cependant, lorsque la production d’hydrogène est alimentée localement par une production renouvelable, et en particulier lorsque le système électrique est exploité comme un réseau isolé, l’équilibre entre production et consommation doit être maintenu localement.

Ce mémoire étudie le comportement dynamique et les marges de stabilité d’un hub simplifié de production d’hydrogène à partir d’énergie éolienne, considéré comme faisant partie d’un système isolé composé de plusieurs hubs. Le système étudié correspond à un hub de 750~MW comprenant une production éolienne raccordée par l’intermédiaire d’un convertisseur, une charge d’électrolyseurs également raccordée par l’intermédiaire d’un convertisseur, un condensateur synchrone et un générateur synchrone externe. Ce générateur ne représente pas une unité physique spécifique du projet, mais est utilisé comme une source équivalente afin de modéliser une capacité d’équilibrage du reste du système.

Le réseau est modélisé dans le domaine des phaseurs RMS et simulé avec RAMSES. Des simulations individuelles dans le domaine temporel sont d’abord utilisées afin d’analyser les mécanismes physiques intervenant après des variations de puissance éolienne. Des analyses de sensibilité paramétriques sont ensuite réalisées afin d’évaluer l’influence de l’amplitude de la rampe de puissance éolienne, du délai de réaction et de la vitesse de variation de l’électrolyseur, de la force du réseau externe, de l’inertie du système et de la stratégie de soutien en tension des convertisseurs.

Les résultats montrent que, pour les perturbations étudiées, la réponse en fréquence est plus critique que la réponse en tension. Le principal facteur limitant est la durée du déséquilibre de puissance active entre la production éolienne et la demande de l’électrolyseur, qui dépend fortement du délai et de la vitesse de réaction de celui ci. L’étude met également en évidence les rôles distincts des machines synchrones, de l’inertie du système et du contrôle en tension des convertisseurs dans les performances dynamiques du hub. Elle fournit des indications préliminaires de conception pour une exploitation coordonnée de la demande de l’électrolyseur, de la production éolienne, du support des machines synchrones et des stratégies de contrôle des convertisseurs.