Nouvelle méthode de résolution pour les problèmes de trajectoires de mix énergétiques

17 novembre 2023

— La planification de la transition énergétique nécessite d’être en mesure d’optimiser les trajectoires d’évolution des systèmes énergétiques en tenant compte d’interactions et contraintes complexes, portant notamment sur les interactions entre secteurs et vecteurs. Dans ce contexte, Artelys a mis en place une nouvelle méthode de résolution, permettant d’apporter des solutions à ces problèmes mathématiques de taille considérable.

Dans le cadre de la transition énergétique, les optimisations de trajectoires de mix énergétiques sont des problèmes d’actualité, permettant de générer des trajectoires d’évolution des mix énergétiques de différentes régions à horizon long-terme, en définissant des objectifs en cours et en fin de trajectoire (neutralité carbone, objectifs EnR et hydrogène, etc.).

Le logiciel Artelys Crystal Super Grid offre la possibilité de modéliser ces problèmes et d’en lancer la résolution à travers son moteur d’optimisation dédié aux systèmes énergétiques. Ces problèmes sont très complexes et requièrent de modéliser plusieurs pas de temps de trajectoire (représentant une année au pas de temps horaire) avec, pour chaque pas de temps de trajectoire, de nombreux scenarios climatiques.

Afin de représenter l’ensemble des interactions pertinentes à l’établissement de trajectoires de mix énergétiques, les modèles deviennent nécessairement plus complexes (plus de scénarios, de nouvelles filières, modélisation de l’hydrogène, etc.). La taille du problème augmente au point de ne plus être traitable par une optimisation frontale (nous parlons ici d’un problème linéaire de plusieurs centaines de millions de contraintes et un nombre équivalent de variables). Dans ce contexte, Artelys a conçu et développé avec succès une nouvelle méthode de résolution et l’a intégré dans Artelys Crystal Super Grid afin de pouvoir réaliser d’ambitieuses études portant sur l’optimisation de trajectoires d’investissement.

 

Une solution utilisée pour plusieurs études à grande échelle

Notre nouvelle solution de résolution a été utilisée principalement sur des problématiques de trajectoires d’évolution du mix énergétique européen, mais peut s’appliquer à toute échelle : du milieu insulaire à l’échelle du continent, via l’échelle nationale.

En premier lieu, la méthode a été utilisée dans le cadre d’une étude réalisée pour l’ADEME. Il s’agissait ici de modéliser le mix énergétique européen continental où la France était représentée à l’échelle régionale afin d’élaborer et analyser les différentes trajectoires d’évolution du mix électrique français associées aux quatre scénarios Transition(s) 2050 décrits par l’ADEME. Artelys a également réalisé deux études utilisant cette méthode pour European Climate Foundation (ECF). L’une, en partenariat avec Ember, à l’échelle européenne avec un focus sur le mix électrique, la seconde, en partenariat avec ECCO, portant sur l’évolution du système électrique italien. Enfin, Artelys a utilisé cette méthode dans le cadre d’une étude pour Agora Energiewende, impliquant une modélisation européenne multi-énergétique détaillée.

Un développement porté par le projet de recherche européen ENFLATE

Artelys contribue au projet Horizon Europe ENFLATE qui vise à évaluer la contribution de nouvelles solutions de flexibilité dans le cadre de la transition du système électrique européen. Le rôle d’Artelys au sein du consortium est de modéliser l’impact de ces nouvelles solutions sur le système électrique européen à horizon 2050 afin d’estimer la contribution de ces solutions de flexibilité à l’atteinte des objectifs de la transition énergétique. Cette modélisation est complexe et motive le développement des algorithmes de résolution décrits ci-dessus, et leur intégration dans notre solution de modélisation des systèmes énergétiques, Artelys Crystal Super Grid.

Dans le cadre d’ENFLATE, Artelys mènera une étude ambitieuse visant à quantifier l’impact de nouvelles solutions de flexibilité sur le système électrique européen. Celle-ci sera réalisée à partir de 2025 afin de prendre en compte les résultats des tests réalisés à l’heure actuelle sur des sites de démonstration dans six collectivités européennes.

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