Ce travail est effectué dans le cadre d'une thèse Conventions Industrielles de Formation par la Recherche (CIFRE) entre l’entreprise Sophia Antipolis Énergie Développement (SAED) à Valbonne et l'Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP) – CNRS – Université du Sud Toulon-Var.L’objectif de cette collaboration est l’évaluation du potentiel technico-économique de divers matériaux pour le stockage de l’énergie thermique par chaleur latente, adapté aux niveaux de température des capteurs solaires développés par SAED. En effet, le stockage de l’énergie est un des principaux verrous technologiques reconnus pour les procédés ayant recours à des énergies renouvelables intermittentes et en particulier pour les centrales héliothermodynamiques.Après une introduction sur le potentiel et l’intérêt des centrales solaires thermodynamiques à basse température, un bref état de l’art des principaux types de stockage de l’énergie est présenté. Le deuxième chapitre aborde plus en détail le principe du stockage thermique par chaleur latente et recense une centaine de matériaux sélectionnés dans la littérature pour leur changement de phase dans la gamme de température 70 - 140°C. Les critères de sélection retenus y sont exposés.Des analyses thermiques par calorimétrie différentielle à balayage sont effectuées de façon systématique sur les différents Matériaux à Changement de Phase (MCP) sélectionnés. Les résultats de ces mesures, présentés dans le chapitre III, caractérisent avec précision le comportement de ces matériaux au chauffage. La transformation au refroidissement est étudiée au moyen d’un dispositif conçu spécifiquement pour représenter au mieux les conditions imposées dans une enceinte industrielle. Cette étude, présentée dans le chapitre IV, permet d’affiner la sélection des MCP pour ne garder que ceux dont la réversibilité du changement d’état est compatible avec une utilisation industrielle en tant que milieu de stockage de l’énergie thermique. Les chapitres V et VI permettent d’étudier plus en détails les spécificités de deux types de MCP que sont les polyols et les mélanges eutectiques de nitrates.Le dernier chapitre est consacré à la modélisation des échanges thermiques au sein d’une cuve de stockage contenant un MCP encapsulé. L’objectif est de disposer d’un outil de prédiction des performances d’une unité de stockage par chaleur latente, afin d’analyser l’influence des différentes solutions envisagées sur le productible d’une centrale thermodynamique solaire et leur impact sur le coût du kWh électrique produit. / This work of thesis is done within the framework of industrial agreements research training, between the company Sophia Antipolis Energie Développement (SAED) in Valbonne, and the Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP) – CNRS – University Sud Toulon-Var.The aim of this collaboration is to investigate the technical and economic potential of various materials for thermal energy storage by latent heat, suitable for temperature levels of the solar collectors developed by SAED. Indeed, energy storage is a major technological barrier to the process resorting to intermittent renewable energies and especially for thermodynamic solar power plants.After an introduction on the potential and interest of solar power plants working at low temperature, a brief state of art of the main types of energy storage is presented. The second chapter addresses in detail the principle of thermal storage by latent heat and identifies a hundred of selected materials from the literature for phase change in the temperature range 343 - 413 K. The selection criteria are exposed.Thermal analyses by differential scanning calorimetry are carried out systematically on the various selected Phase Change Materials (PCMs). The results of these measurements, presented in chapter III, accurately characterize the material behavior when heated. The transformation on cooling is studied using a device specifically designed in order to be more representative of conditions found in an industrial enclosure. This study, presented in chapter IV, allows refining the selection of PCMs retaining only those whose phase change reversibility is compatible with an industrial use as medium for thermal energy storage. Chapters V and VI are used to study in further detail the specifics of two types of MCP, respectively polyols and eutectic mixtures of nitrates.Final chapter deals with the modeling of heat transfer into a storage tank containing encapsulated PCM. The aim is to provide a tool for predicting the performance of a latent heat storage unit, in order to analyze the influence of different options on the solar power plant energy yield and their impact on the kWh cost.

Cette thèse se consacre à l’étude du cadre juridique de la transition énergétique depuis 2012, année depuis laquelle l’expression a connu une utilisation croissante dans le domaine des politiques publiques en matière d’énergie et d’environnement. Le champ des évolutions juridiques frappées du sceau de la transition énergétique est si vaste que ces travaux se sont concentrés sur la règlementation des énergies renouvelables électriques prééminentes que sont l’éolien terrestre et le solaire photovoltaïque. Il en ressort que le droit de la transition énergétique se situe au carrefour d’autres droits plus anciens, plus établis. De nature évolutionnaire plus que révolutionnaire, il se coule dans le cadre existant et se soumet aux principes classiques du droit. De nos travaux ressort notamment qu’il fait un usage immodéré d’instruments de planification le soumettant potentiellement à une obligation de résultats mesurables. Il est aussi amené à intégrer des considérations de justice très contemporaines, liées à sa finalité, faisant de lui davantage qu’un droit purement technique. Toutefois, il a été marqué par une confusion certaine lors du processus de rédaction de la loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte, du fait de son volume, de ses conflits et des failles inhérentes aux institutions de la Ve République. Ce contexte n’ayant pas favorisé l’émergence d’un droit stable et de qualité, il manque de sécurité juridique. Enfin, il se révèle être plus souvent un frein qu’un facilitateur pour le développement des énergies renouvelables, alors qu’il est mal écrit et mal armé quand il s’agit d’organiser la diminution de la part du nucléaire dans le mix électrique. / This doctoral thesis aims to study the legal framework of the energy transition in France since 2012. From this year on, the term “energy transition” has been increasingly used in environment and energy-linked public policies. The scope of the legal developments related to the energy transition is so wide that this work has only focused on the rules applicable to renewable sources of electricity, especially onshore wind and solar photovoltaics. As a result, it appears that the energy transition law lies at a crossroads between older and more recognised fields of the Law. Evolutionary more than revolutionary, it fits into the existing frame and submits itself to the classical principles of Law. Among the outcomes of this research, we found that the energy transition law is making a strong use of planning tools, potentially placing it under a measurable performance obligation. It is also forced to integrate very contemporary notions of justice, linked to its finality, denying it the qualification of a solely technical law. However, there was confusion in the writing process of the Energy Transition for Green Growth Act, the flagship energy transition act, because of its size, its conflicts and the inherent flaws of the institutions of the 5th Republic. This context did not promote the emergence of a stable and high-quality law. Actually, it is lacking of legal certainty. Finally, energy transition law is more often than not placing a break on than facilitating the development of renewable energy, while it is badly written and ill-equipped to organise the decrease of nuclear energy into the electrical mix.

Le but de cette thèse est l'optimisation de la production de l'électricité renouvelable pour site isolé de faible puissance. Un système, utilisant deux sources renouvelables : photovoltaïque et éolienne, est étudié afin d'améliorer le rendement énergétique de l'énergie produite. Pour la chaîne de conversion photovoltaïque, un contrôleur pour suivre le point de puissance maximale est conçu en utilisant l'approche de recherche directe (méthode Perturbe & Observe) combinée avec la logique floue, tout en prenant en compte le sens de variation des perturbations. Avec cette combinaison, on peut éviter des défauts de la méthode Perturbe & Observe, s'affranchir des informations sur les caractéristiques du panneau photovoltaïque et des conditions climatiques. Egalement, pour la chaîne de conversion éolienne de petite puissance fonctionnant à vitesse variable couplée à un générateur synchrone à aimant permanent, un contrôleur pour suivre le point de puissance maximale est proposé qui est basé sur le même principe par rapport à la chaîne de conversion photovoltaïque. Cette approche proposée a l'avantage de l'utilisation d'un capteur de tension au lieu d'un capteur de vitesse, ceci présente un intérêt certain notamment pour sites isolés par rapport aux autres solutions. Enfin, pour la réalisation d'un système de production d'électricité hybride, un superviseur est conçu pour obtenir un comportement optimal du système en fonction des variations de la charge et de la production en prenant en compte du système de stockage et de délestage. Pour chaque point abordé, des études en simulation sont fournies pour montrer l'efficacité des approches proposées. / The objective of this thesis is to optimize the production of renewable electricity for small isolated network. A system using two renewable sources: solar and wind power, is studied in order to improve the efficiency of energy extracted. For the photovoltaic conversion system, a maximum power point tracking controller is designed using direct searching approach (method Perturbe & Observe) combined with fuzzy logic, taking into account the direction of perturbation. This combination can avoid the disadvantages of the method Perturbe & Observe, and not requires any information about the generator's characteristics or climate conditions. Similarly, for the variable speed wind turbine using permanent magnet synchronous generator, a controller to track the maximum power point, based on the same principle with photovoltaic conversion system, is proposed. This approach has the advantage of using a voltage sensor instead of a speed sensor, this presents a particular interest for stand-alone system comparing to other solutions. Finally, for the realization of hybrid generation system, a fuzzy supervisor is adapted to obtain an optimal behavior of the system according to the variations of load demand and extracted power, taking into account the storage and dissipation system. For each issue, simulation studies are provided to show the effectiveness of the proposed approaches.

La forte proportion des sources d'énergie intermittentes présente de nouveaux défis pour la stabilité et la fiabilité des réseaux électriques. Dans ce travail nous considérons la connexion de ces sources avec et un système de stockage hybride via un MicroGrid à courant continu (DC) afin de satisfaire les contraintes de connexion au réseau (les Grid-Codes). L'objectif principal ici est de concevoir un système pouvant répondre à ces exigences et nous permettant d'obtenir un comportement Plug and Play; cette approche est basée sur la "philosophie System of Systems ". utilisant des méthodologies de contrôle distribué.Cette thèse constitue une contribution au contrôle DC MicroGrid et introduit une analyse rigoureuse de la dynamique du system. La stabilisation du système repose sur des dispositifs de stockage: les batteries pour l'équilibre énergétique et la réponse à long terme des variations des flux d'énergie tandis que les supercondensateurs traitent l'équilibre des puissances et des variations rapide du system.Nous présenterons d’abord l’analyse du MicroGrid DC dont le contrôle est conçu à partir des modèles détaillés des sources d’énergie et des systèmes de stockage. Ce réseau peut présenter un comportement instable créé par intermittence de la source, les commutation des convertisseurs et leurs électroniques puissance et les courants oscillatoires produits par certains types de charges. Par conséquent, le système est sujet à des variations rapides et lentes. . La stabilisation de tels systèmes reposera sur le fonctionnement de différentes technologies de stockage, telles que la batterie et les supercondensateurs, qui opèrent dans différentes échelles de temps.Nous proposons un schéma de contrôle hiérarchique, basé sur la théorie du contrôle non linéaire, en particulier de Lyapunov, le backstraping et d’entrée / sortie de feedback linéarisation. Le DC MicroGrid proposé et son contrôle sont vérifiés à la fois par simulations et par expérimentation Les résultats montrent la bonne performance du système sous des variations de production et de consommation. / The large penetration intermittent energy sources, presents a new challenges to power systems' stability and reliability; we consider in this work their connection through a Direct Current (DC) MicroGrid and a hybrid storage system, in order to satisfy constraints of connection to the network (the so-called Grid-Codes). The main objective here is to design a system that can fulfil these requirements and allow us to attain a Plug and Play behaviour; this approach is based on the “System of Systems philosophy'' using distributed control methodologies.This thesis constitutes a contribution for DC MicroGrid control and introduces a rigorous dynamics' analysis.. The stabilization of the system is based on storage devices: batteries for energy balance and long term response of power flow, while supercapacitors deal with power balance and fast response.First it will be presented the analysis of the DC MicroGrid which control is designed based on detailed models of energy sources and storage systems. This grid may present an unstable behaviour created by the source’s intermittent output power, switching ripples from the power converters and their power electronic and oscillatory currents produced by some types of loads. Therefore the system is subject to both fast and slow variations. The stabilization of such systems will be based on the operation of different technologies of storage, such as battery and supercapacitor, in different time scales.We propose a hierarchical control scheme, based on nonlinear control theory, in particular Lyapunov, backstepping and input/output feedback linearization. The proposed DC MicroGrid and its control are then verified both by computer simulations and by experiments. The results show the good performance of the system under variations on production and on consumption

Les travaux de cette thèse portent sur l'optimisation des flux énergétiques et informatiques dans un réseau intelligent ayant pour but d'alimenter un centre de calcul via des énergies renouvelables. Dans cette thèse sont traités les problèmes liés à la mise en commun des informations de types énergétique et informatique dans une contrainte de réactivité forte à travers la création d'une architecture pour un réseau intelligent. La modélisation d'un tel réseau doit permettre la prise de décision de manière dynamique et autonome. L'objectif de cette modélisation, via un réseau intelligent, est l'optimisation des ressources renouvelables afin de diminuer l'empreinte écologique. / The work of this thesis deals with the optimization of energy and computer flows in an intelligent network aiming to supply a data center via renewable energies. In this thesis are treated the problems related to the pooling of energy and computer information in a strong reactivity constraint through the creation of an architecture for an intelligent network. The modeling of such a network must allow the decision making in a dynamic and autonomous way. The objective of this modeling, via an intelligent network, is the optimization of renewable resources in order to reduce the ecological footprint.

Face au défi énergétique actuel, les systèmes hybrides à énergie renouvelable apparaissent comme une solution potentielle pour la production d'électricité. Cependant, de nombreux verrous, comme par exemple le coût, l'intermittence de l'énergie produite ou encore la fiabilité de ces systèmes, empêchent le recours massif à l'utilisation de telles solutions. Afin de les surmonter, des solutions doivent être apportées aux deux problématiques majeures de ces systèmes que sont le dimensionnement optimal et la gestion de l'énergie. Cette thèse propose donc des solutions pour chacune de ces deux thématiques. La première partie de ce mémoire définit ces deux problématiques. Puis, avant de proposer certaines voies d'améliorations, les solutions déjà apportées sont analysées en soulignant leurs intérêts mais aussi leurs limites. La seconde partie détaille la solution apportée pour le dimensionnement optimal, en s'appuyant sur un système composé d'un générateur photovoltaïque (PV), de batteries et d'une pile à combustible (PàC). La solution repose sur l'utilisation d'une fonction de coût, d'un modèle énergétique permettant d'évaluer les contraintes subies par les composants et d'un algorithme génétique pour l'optimisation. A partir de deux cas d'études, les résultats d'optimisation sont donnés et l'intérêt du couplage PV-PàC est analysé. Les deux dernières parties présentent l'application du principe des systèmes multi-agents (SMA) pour la gestion d'énergie d'un système multi-sources. Le chapitre 3 expose l'intérêt de cette méthode et détaille sa mise en oeuvre. Ensuite, la création d'un modèle de simulation du système permet de valider le principe imaginé. Enfin, le dernier chapitre présente les résultats expérimentaux obtenus à partir d'un système composé de super-condensateurs, d'une batterie, d'un PV et du réseau. Pour la première fois, ces résultats montrent expérimentalement le fonctionnement d'un SMA pour la gestion d'énergie.

Ces dernières années, nous assistons à une prise de conscience généralisée de l'importance des impacts de notre mode de vie sur l'environnement, particulièrement en ce qui concerne le réchauffement global. L'objectif des politiques environnementales actuelles est le passage à des productions et des consommations durables qui passent par l'amélioration des performances énergétiques et environnementales des processus de production. De manière à réaliser cet objectif, la méthode de l'analyse du cycle de vie constitue à l'heure actuelle la méthode d'évaluation environnementale la plus largement utilisée. Cette méthode est ici appliquée dans le cadre de la production d'énergie renouvelable (électricité, chaleur, énergie motrice d'un véhicule) à partir de la biomasse d'origine agricole et forestière. Trois filières sont envisagées: la biométhanisation par fermentation d'effluents d'élevage et de cultures énergétiques, le bois énergie, et les biocarburants liquides purs et en mélange (5 % en volume) avec des carburants classiques (huile de colza, ester méthylique d'huile de colza, éthanol, éthyl tertio butyl éther). Il est prouvé que les énergies renouvelables participent à la réduction des impacts sur le réchauffement global et sur la diminution des ressources fossiles. Le présent travail apporte des éléments originaux sur plusieurs points. Outre ces deux aspects et au travers de trois méthodes d'analyse (CML 2 BASELINE 2000, ECOINDICATEUR 99 et IMPACT 2002+), d'autres catégories d'impact sont analysées de manière à fournir une information la plus complète possible sur la charge environnementale des filières étudiées. Les productions d'énergie des différentes filières considérées sont comparées avec des filières classiques utilisant des ressources fossiles pour un ensemble de charges environnementales en concordance avec la méthodologie de l'analyse du cycle de vie. Les méthodes d'analyse d'impact évoquées ci-dessus sont introduites successivement pour les comparaisons de chacune des filières avec les filières classiques. Afin de vérifier si le résultat environnemental obtenu est robuste à la méthode d'analyse d'impact, les trois filières utilisant la biomasse sont comparées entre elles avec les trois méthodes d'analyse d'impact. Compte tenu des résultats d'analyse d'impact, nous analysons si l'incertitude globale sur le résultat permet de considérer que les productions énergétiques comparées sont significativement différentes d'un point de vue environnemental. Les résultats montrent de manière générale, que les filières biométhanisation, bois énergie et biocarburants sont plus intéressantes que les filières classiques d'un point de vue environnemental global. L'application des trois méthodes d'analyse d'impact a permis de montrer que le choix d'une méthode n'est pas anodin et que les résultats peuvent être sensiblement différents en utilisant l'une ou l'autre des méthodes. La comparaison entre elles des trois filières montre que, pour des valorisations énergétiques analogues (production de chaleur en chaudière par exemple), la production énergétique par la filière biométhanisation est plus intéressante que la valorisation de l'huile (scores environnementaux de la production de chaleur en chaudière par la méthode IMPACT 2002+: 4,15.10-6 pt pour la chaudière au biogaz et 8,55.10-6 pt pour la chaudière fonctionnant à l'huile de colza). Le niveau de classement de la production énergétique de bois va dépendre des hypothèses retenues sur la gestion des cendres et sur le contrôle ou non des émissions. Les résultats d'analyses d'incertitude réalisées systématiquement montrent que l'incertitude globale est dans certains cas importante et ne permet pas de différencier de manière significative les systèmes de produits. Les différentes informations présentées dans cette étude constituent cependant autant d'éléments d'analyse objectifs dans le cadre d'un processus de décision qui concernerait le développement futur des filières étudiées./ Last few years, we attend a generalized awakening of our way of life influence to environmental impacts, particularly with regard to the global warming. The goal of the current environmental policies is the conversion to sustainable consumption and productions, making necessary the improvement of energy and environmental performance. To carry out this goal, the life cycle assessment is at present, the most largely used environmental assessment method. This method is applied in this study within the framework of the renewable energy (electricity, heat, mechanical energy in a vehicule) production from agricultural and wood biomass. Three reactor systems are considered: The co-fermentation of breeding effluents and energy crops, the wood fuels, the neat and blended (5 % volume) biofuels with fossil fuels. The biofuels considered are: rapeseed oil, rapeseed oil methyl ester, ethanol from wheat and sugar beet and ETBE (ethyl tertio butyl ether). It is proven that renewable energies take part in the global warming mitigation and in the reduction of the fossil resources depletion. The present work brings original elements on several points. In addition to these two impact categories and through three assessment methods (CML 2 BASELINE 2000, ECOINDICATOR 99 and IMPACT 2002+) we approach other impact categories in order to provide the most complete information on the environmental load of the studied reactor systems. The energy productions of the various reactor systems considered are compared with conventional reactor systems using fossil fuels for a whole of environmental loads, in agreement with the life cycle assessment methodology. The impact assessment methods cited above are introduced successively for each reactor system comparison with the traditional ones. In order to check if the environmental result obtained is robust with the impact assessment method, the three reactor systems using biomass are compared between each other with the three impact assessment methods and the results are analyzed. Taking into account the impact assessment results, we analyze if the global uncertainty on the result makes it possible to consider that the compared energy productions are significantly different from an environmental point of view. The impact assessment results show in a general way, that the reactor systems considered are more interesting from a global environmental point of view than the traditional ones. The application of the three impact assessment methods shows that it does matter which method one choose and that the results can be sensitive to the method used. The three reactor systems comparison shows that for similar energy development (heat production in a boiler for example), the energy production by using biogas from fermentation is more interesting than the energy production from rapeseed oil (IMPACT 2002+ scores for boiler heat production: 4,15.10-6 pt for the biogas boiler and 8,55.10-6 pt for the rapeseed oil boiler). The classification of wood energy production will depend on the assumptions retained on ashes management and on the emissions control. The results of uncertainty analysis carried out systematically show that the global uncertainty is in some cases important and does not allow to differentiate significantly the compared product systems. The various information highlighted in this study however constitutes as many objective elements of analysis within the framework of a decision-making process which would relate to the future development of the studied reactor systems.

Un réseau insulaire est un système fragile et sensible aux variations de charge ou de production notamment d'origine renouvelable et intermittent. Ce problème devient crucial avec l'augmentation dans ces réseaux de production éolien ou PV en remplacement des sources actuelles (diesel, etc.). Cela impacte directement la stabilité du réseau, notamment la fréquence. Les moyens de stockage pourraient dès lors participer au réglage primaire de la fréquence, en limitant des variations après une perturbation. L'objectif de cette thèse consiste ainsi à étudier la participation du stockage pour maintenir la stabilité en fréquence dans un réseau insulaire en augmentant le taux de pénétration d'énergie renouvelable. Un algorithme de dimensionnement et différentes stratégies de contrôle du système de stockage ont ainsi été développés en fonction de variations réellement observées sur un parc PV. Notre étude est séparée en 2 parties. La première partie concerne la modélisation de l'intermittence de la production PV. La puissance PV a ainsi été caractérisée en fonction de son impact sur la variation de la fréquence, afin de définir toute situation critique. Ensuite, la technologie et les critères de dimensionnement du dispositif de stockage et la stratégie de pilotage et de contrôle-commande pour surveiller et contrôler le système de stockage ont été proposés et validées à partir de simulations. Ces stratégies ont été élaborées soit à partir de critères qualitatifs définie dans le domaine temporel, soit à partir d'une stratégie de filtrage fréquentiel des différentes sources. Par ailleurs, pour garantir des critères de robustesse vis-à-vis des incertitudes paramétriques notamment sur la mesure des variations PV, une commande robuste (utilisant un contrôleur H infinie) a été conçu et validé. Les différentes stratégies proposées peuvent plus ou moins réduire la variation de la fréquence suite à perturbation et permettre de réduire significativement la participation de la source principale d'énergie au réglage de la fréquence. Par ailleurs, les résultats ont permis de faire un lien entre le taux de pénétration des énergies renouvelables photovoltaïques dans un micro réseau et la tenue en fréquence dans ce réseau. / Frequency of isolated microgrids is highly sensitive to active power variation of loads and productions because of the inertia equivalent of this grid is small (limited number of thermal generators). Furthermore, the increasing of renewable energy in this grid causes frequency more risky to be instable because of its intermittency of power. In this thesis, energy storage is the selected solution to maintain the frequency stability of isolated microgrids with high penetration rate of renewable energy. It will participate to the primary frequency control which is the first control that takes action to limit the frequency deviation after disturbance. Therefore, the objective of this thesis is to design the appropriate size and strategy of energy storage in isolated microgrids with high penetration rate of photovoltaic. Proposed strategies will link to power variation of PV. Therefore, the different situations of photovoltaic power variations and their impacts on the system frequency had been firstly characterized and studied in order to specify the critical situation of frequency variation. Then, different strategies for energy storage and their sizes were defined from these two studies. The strategy limit dPpv diagram and filter strategy were proposed to define the participated power of energy storage in primary frequency control from the measured power variation of PV. Furthermore, controller H infinity which is robust control was also proposed. Finally, energy storage control system was validated by RTLAB (real time simulation) which enable us to simulate the hardware. The results show that energy storage by proposed strategies is able to stabilize frequency of the power system by limiting the frequency deviation to be within an acceptable range after occurrence of any disturbance. The proposed strategies can increase larger participated power of the energy storage with less frequently than the classic droop control.

Cette thèse propose la méthodologie de dimensionnement optimal pour optimiser la configuration de système d'énergie hybride. Pour cela, nous utilisons une approche pour la génération de base de règles floues et une optimisation automatiques au moyen d'algorithme génétique et d'un PSO adaptés avec le floue. Ces algorithmes nous permet d'obtenir le nombre optimal de panneaux photovoltaïques, d'éoliennes et des batteries, minimisant le coût total du système et garantissant la disponibilité permanente de l'électricité pour couvrir les besoins énergétiques. L'historique horaire de vitesse du vent, d’ensoleillement, sont utilisés pour modéliser la production des éoliennes, la production photovoltaïque et de charge. Le coût total est la fonction objective et la taille technique est une contrainte. / This thesis proposes the optimum sizing methodology to optimize the configuration of hybrid energy system. For this, we use an approach for automatic fuzzy rule base generation and optimization by means of Fuzzy-Adaptive Genetic Algorithm and fuzzy adaptive PSO. This Algorithms allows us to obtain the optimal number of photovoltaic panels, wind turbines and storages units, ensuring the minimal global high efficiency system total cost and guaranteeing the permanent availability of energy to cover the load energy requirements. Historical hourly wind speed, solar irradiance and load data are used to stochastically model the wind turbines, photovoltaic generation and load. The total cost is the objective function and the technical size is a constraint.

Cette thèse vise à répondre à trois questions soulevées par la vague de réformes dans les secteurs de l’électricité: est-ce que la libéralisation de la fourniture d’électricité a atteint ses objectifs dans l’Union Européenne ? Comment les producteurs qui utilisent des sources renouvelables et non renouvelables se font concurrence dans le marché libéralisé ? Quel est l’'impact de l’augmentation de la production d’électricité à partir de sources renouvelables sur la congestion du réseau et sur les différences de prix zonaux en Italie ? Le premier chapitre fournit une évaluation à mi-terme de la libéralisation de la fourniture d’électricité en Europe. On propose une théorie complète sur la libéralisation de la fourniture et on teste sa cohérence avec la pratique dans l’Union Européenne. L’analyse met en évidence la persistance d’une structure oligopolistique dans la fourniture, un faible engagement des clients et des asymétries dans le taux et la vitesse de transfert des coûts d’approvisionnement dans les prix des contrats. L’attribution aux enchères des services par défaut et de dernier recours semble la meilleure solution afin de favoriser le développement de la concurrence. Dans le deuxième chapitre, nous étudions les interactions stratégiques entre une technologie de production traditionnelle et une renouvelable caractérisée par une capacité aléatoire. Nous employons une version modifiée du modèle de Dixit sur les investissements stratégiques de dissuasion à l’entrée avec deux configurations pour la concurrence après l’entrée: concurrence à la Cournot dans un jeu en deux étapes et le cadre entreprise dominante-frange concurrentielle dans un jeu en trois étapes. Dans les deux cas, l’analyse suggère que le producteur renouvelable exploite l’ordre de mérite afin de remplacer la production de son rival. Dans le troisième chapitre, nous analysons l’impact de la production d’énergie renouvelable sur la congestion et sur les différences de prix zonaux en Italie. En utilisant une base de données unique, nous estimons deux modèles économétriques sur cinq couples de zones: un modèle logit multinomial pour l’occurrence et la direction de la congestion et un modèle MCO pour la taille des différences de prix. L’analyse montre que dans une région importatrice l’effet de l’augmentation de la production renouvelable locale est de diminuer (augmenter) la probabilité de congestion provoquée par la région limitrophe (causée à la région limitrophe). L’augmentation de la production d’énergie renouvelable semble avoir un impact significatif sur les zones insulaires, en diminuant (augmentant) le niveau des différences positives (négatives) des prix. / The objective of this thesis is to answer to three questions raised by the wave of reform in electricity industries: has retail liberalization achieved its objectives in European Union? How traditional and renewable generators compete in a liberalized market? What is the impact on congestion and zonal price differences of increased production from renewable intermittent sources in Italy? The first chapter provides a mid-term evaluation of liberalization of electricity retailing in Europe. We propose a comprehensive theory on retail liberalization and test its consistency with the practice in European Union. The analysis highlights the presence of an oligopolistic supply structure, a limited level of customer engagement in the market and asymmetries in the rate and speed of cost-pass through. The attribution of the Default/Last Resort service through an auction mechanism seems the best solution to favor the development of competition. In the second chapter we study the strategic interactions between a traditional generation technology and a renewable one characterized by an intermittent availability of capacity. We employ a modified version of the Dixit model for entry deterrence with two post entry competition settings: the Cournot framework in a two stage game and the dominant firm-competitive fringe setting in a three stage game. In both cases, the analysis suggests that the renewable generator exploits the merit order rule to crowd out the production of its rival. In the third chapter we analyze the impact of renewable generation on congestion and zonal price differences in Italy. Using a unique database we estimate two econometric models on five zonal pairings: a multinomial logit model for the occurrence and direction of congestion and an OLS model for the size of paired-price differences. The analysis shows that in an importing region the effect of a larger local renewable supply is to decrease (increase) the probability of congestion in entry (exit). Increasing renewable generation seems to have a significant impact on the islander zones, decreasing (increasing) the level of positive (negative) price differences