La chaîne de blocs et les technologies avancées au service de la décentralisation et l'automatisation du réseau électrique : le modèle des stations autonomes décentralisées

Aoun, Alain (2024). La chaîne de blocs et les technologies avancées au service de la décentralisation et l'automatisation du réseau électrique : le modèle des stations autonomes décentralisées. Thèse. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de mathématiques, informatique et génie, 177 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : Le secteur énergétique est en pleine mutation, porté par de nouvelles réglementations climatiques et une tendance politique à la sortie du nucléaire, visant à atteindre la neutralité carbone pour la production d'électricité et une efficacité accrue des réseaux électriques. Au cours de la dernière décennie, cette transformation a été motivée par une forte tendance à encourager une plus grande intégration des ressources énergétiques distribuées et une plus grande électrification du secteur de transport. Cependant, la pénétration rapide des technologies de production décentralisée telles que le photovoltaïque, l'éolien et l'hydraulique, combinée aux contraintes du réseau électrique, nécessite l'exploration de différentes configurations du système énergétique. L'une des caractéristiques de cette reconfiguration est la nécessité d'équilibrer la production et la demande aux niveaux local et national afin de faire face à la pénétration croissante des énergies renouvelables intermittentes dans le réseau. Ces générateurs d'énergie renouvelables intermittents sont généralement situés aux extrémités du réseau, ce qui crée des problèmes de connexion au réseau et d'équilibrage de charge, et nécessite des coûts de mise à niveau des infrastructures importants. Ainsi, ce qui est censé être une solution aux défis et barrières du réseau électrique s'est avéré au fil des années être lui-même à la base d'une série de nouveaux défis et de nouvelles barrières qui nécessitent d'être ciblés. Par conséquent, le passage à un système électrique décentralisé, numérisé et décarboné ne consiste pas seulement à changer de carburant pour produire de l'énergie de manière plus durable, mais plus important encore, il s'agit de changer la façon dont l'énergie est consommée, produite, gérée et commercialisée, permettant ainsi une plus grande efficacité et une meilleure durabilité dans l'utilisation des ressources. Par conséquent, l'une des priorités devrait être de mettre en œuvre un changement de paradigme fondamental dans les marchés de l'énergie et la manière dont les systèmes électriques sont gérés. Néanmoins, le principal problème qui se pose est que le système électrique n'a jamais été conçu avec le concept de décentralisation à l'esprit. Le marché de l'électricité repose sur des transactions unidirectionnelles et dans le meilleur des cas, bidirectionnels. Néanmoins, il est certain que des modifications doivent être mises en place afin de s'adapter au nouveau contexte d'innovation, de durabilité et d'urgence de la transition énergétique exigé par la société. Les approches de gouvernance traditionnelles, basées sur des techniques de prise de décision centralisées, devraient être remplacées par une approche décentralisée plus collaborative qui accorde aux parties prenantes, localisées aux extrémités, un plus grand rôle dans la gérance du réseau. C'est là que la transformation numérique, et plus particulièrement la technologie de la chaîne de blocs, peut apporter une contribution décisive à l'atteinte de l'objectif de décarbonation et au renforcement de la décentralisation du système électrique. La chaîne de blocs (blockchain), en tant que plateforme de transaction transparente, sécurisée et décentralisée, a suscité l'intérêt des entreprises et des industries du monde entier, débloquant de nouveaux modèles commerciaux et promettant de nouvelles sources de revenus. Cette promesse est particulièrement puissante dans le secteur de l'énergie, lorsqu'elle est déployée à la périphérie du réseau, où une implication et une transparence accrues des consommateurs sont requises. Les programmes de gestion de la demande d'énergie basés sur la chaîne de blocs ou les modèles d'échange d'énergie de poste-à-poste sont des solutions typiques à envisager. L'objectif général de la thèse est de proposer un modèle d'un réseau électrique intelligent , autonome et décentralisé tout en s'inspirant de la technologie de chaîne de blocs et en identifiant des applications possibles basées sur cette technologie dans le secteur électrique, tout en prenant en compte les imp ications techniques, sociologiques, environnementales et économiques sur les différentes parties prenantes (société de production d'électricité, société de services publics, société de distribution et utilisateurs finaux). La principale méthodologie de recherche est basée sur l'exploration de plusieurs solutions énergétiques basées sur la technologie de chaîne de blocs tout au long de la chaîne de valeur électrique, de la production, à la transmission jusqu'à la distribution, ainsi que sur l'évaluation des impacts économiques, sociaux et techniques de ces applications sur le marché. Ce projet est méthodologiquement innovant dans la manière dont on s'inspire d'une technologie qui a révolutionné les bases de données pour proposer un modèle révolutionnaire pour les réseaux électriques. Cette thèse fournit une preuve validée qu'une chaîne d'approvisionnement énergétique décentralisée, décrite comme Énergie 4.0, présente un nouvel écosystème énergétique axé sur le consommateur qui offre de nouveaux modèles commerciaux énergétiques qui peuvent être plus avantageux pour les parties prenantes que les modèles existants conventionnels, ainsi que libérer de nouveaux potentiels pour une meilleure intégration et gestion des ressources énergétiques distribuées. -- Mot(s) clé(s) en français : Énergie, chaîne de blocs, réseau autonome décentralisé, contrat intelligent, P2P, ressources énergétiques distribuées, énergie renouvelable, prosommateur, réseau intelligent. --
ABSTRACT : The energy sector is undergoing a major transformation, driven by new climate regulations and a political trend towards nuclear phase-out, aimed at achieving carbon neutrality for electricity generation and greater efficiency for power grids. Over the past decade, this transformation has been driven by a strong tendency to encourage greater integration of distributed energy resources and greater electrification of the transport sector. However, the rapid penetration of distributed generation technologies such as photovoltaics, wind and hydro, combined with grid constraints, means that different energy system configurations need to be explored. One feature of this reconfiguration is the need to balance production and demand at local and national levels to cope with the increasing penetration of intermittent renewable energies in the grid. These intermittent renewable energy generators are generally located at the extremes of the grid, creating grid connection and load balancing problems, and requiring significant infrastructure upgrade costs. So, what is supposed to be a solution to the challenges and barriers of the power grid has turned out over the years to be itself at the root of a series of new challenges and barriers that need to be targeted. Consequently, the transition to a decentralized, digitized and decarbonized power system is not just about switching fuels to produce energy in a more sustainable way, but more importantly, it's about changing the way energy is consumed, produced, managed and marketed, enabling greater efficiency and sustainability in the use of resources. Consequently, one of the priorities should be to implement a fundamental paradigm shift in energy markets and the way power systems are managed. However, the main problem is that the power system was never designed with the concept of decentralization in mind. The electricity market is based on unidirectional and, at best, bidirectional transactions. Nevertheless, it is certain that changes need to be made to adapt to the new context of innovation, sustainability and the urgency of the energy transition demanded by society. Traditional governance approaches, based on centralized decision-making techniques, should be replaced by a more collaborative, decentralized approach that grants stakeholders, located at the ends, a greater role in grid stewardship. This is where digital transformation, and blockchain technology in particular, can make a decisive contribution to achieving the goal of decarbonization and strengthening the decentralization of the power system. Blockchain, as a transparent, secure and decentralized transaction platform, has captured the interest of businesses and industries worldwide, unlocking new business models and promising new revenue streams. This promise is particularly powerful in the energy sector, when deployed at the edge of the grid, where greater consumer involvement and transparency are required. Blockchain-based energy demand management programs or peer-to-peer energy exchange models are typical solutions to consider. The overall objective of the thesis is to propose a model of a smart, autonomous and decentralized power grid while drawing inspiration from blockchain technology and identifying possible applications based on this technology in the power sector, while taking into account the technical, sociological, environmental and economic implications on the different stakeholders (power generation company, utility company, distribution company and end-users). The main research methodology is based on the exploration of several energy solutions based on blockchain technology along the entire electricity value chain, from generation to transmission to distribution, and on the assessment of the economic, social and technical impacts of these applications on the market. This project is methodologically innovative in the way it draws on a technology that has revolutionized databases to propose a revolutionary model for power grids. This thesis provides validated evidence that a decentralized energy supply chain, described as Energy 4.0, presents a new consumer-centric energy ecosystem that offers new energy business models that can be more beneficial to stakeholders than existing conventional models, as well as unlocking new potentials for better integration and management of distributed energy resources. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Energy, Blockchain, Decentralised Autonomous Substation, Smart Contract, P2P, Decentralised Energy Resources, Renewable Energy, Prosumer, Smart Grid.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Adda, Mehdi
Information complémentaire :	Thèse de doctorat présentée dans le cadre du programme de doctorat en ingénierie en vue de l'obtention du grade de Philosophiae doctor (Ph. D.).
Mots-clés :	Réseaux électriques intelligents; Énergie intelligente; Chaînes de blocs; P2P (Réseaux d'ordinateurs).
Départements et unités départementales :	Département de mathématiques, informatique et génie > Génie
Date de dépôt :	30 janv. 2025 14:34
Dernière modification :	30 janv. 2025 14:34
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/3196