京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第22488号 / 農博第2392号 / 新制||農||1076(附属図書館) / 学位論文||R2||N5268(農学部図書室) / 京都大学大学院農学研究科地域環境科学専攻 / (主査)教授 藤原 正幸, 教授 村上 章, 准教授 宇波 耕一 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

Renewable energy has been developing rapidly in the U.S. over the past decades. This thesis first reviewed the status, challenges, and government policies related to the development of bioenergy products from forest-derived woody biomass. Forest management alternatives of loblolly pine (Pinus taeda) plantations for producing both timber and biofuels were then evaluated using economic and biological criteria. The PTAEDA3.1 computerized yield simulator was used to predict growth effects of various site preparation techniques, initial planting densities, and thinning activity. Results indicated that on Site Index 50 to 70 lands, the average annual yields of stem residues ranged from 0.86 to 1.20 tons per acre, from which 39.8 to 47.4 gallons of ethanol could be produced. The rise of relative biomass price would increase wood availability for biofuels. It will also boost intensive management practices, such as intensive site preparation, closer initial planting spacing, earlier thinnings and a shorter harvesting age.

En France, il existe deux modes de traction pour les trains : la traction diesel ou la traction électrique. Chaque mode fait face à des problématiques qui lui sont propres. Dans le cas du diesel, les émissions de gaz à effet de serre étant de plus en plus contrôlées, il devient nécessaire de faire évoluer ce type de train vers une solution moins polluante. Dans le cas de la traction électrique, la consommation d’énergie entraine une chute de tension qui peut imposer un ralentissement des trains, empêchant ainsi le développement du trafic. La solution étudiée par la SNCF est l’hybridation des trains (ajout de systèmes de stockage en embarqué).Ces travaux de thèse ont pour objectif de mettre en place une méthode permettant de faire le pré-dimensionnement des systèmes de stockage embarqués dans le train. De plus, afin de tenir compte de l’influence réciproque de la gestion sur le dimensionnement, celle-ci est incluse dans le modèle de dimensionnement. La résolution du modèle global se fait à l’aide d’un algorithme d’optimisation.La méthode a été mise en place sur les deux modes de traction ferroviaire (diesel et électrique) et l’optimisation a été faite avec l’algorithme SQP (Sequential Quadratic Programming). / In France, there are two traction modes for railway: the diesel and electric traction. Each mode has its own issues. For diesel, the increasing control of the greenhouse gas emissions imposes to evolve this type of train to a less polluting solution. For electric traction, the energy consumption creates a voltage drop which can cause a traffic slowdown, which will limit the traffic development. The studied solution by SNCF is the hybridization of the train (adding storage system).Thus, these works have the objective to build a method to do the pre-sizing of storage systems embedded in trains. Moreover, to take into account the mutual influence of the sizing and the energy management, this last one is included in the sizing model. An optimization algorithm solves the global model.The method has been developed for the two traction modes (diesel and electric) and the optimization has been made with SQP algorithm (Sequential Quadratic Programming).

Les limites des ressources d’énergies fossiles et la perspective imminente du changement climatique ont mené les pays de l’Union Européenne à engager une restructuration du secteur électrique vers un approvisionnement en énergie fiable, économique et durable. Dans cette optique de transition énergétique, les systèmes de stockage d’énergie peuvent faciliter l’intégration des énergies renouvelables dans les réseaux électriques. Ils permettent de stocker l’énergie produite par les sources renouvelables pour décaler sa fourniture aux réseaux électriques et compenser les fluctuations aléatoires de la puissance. Par ce lissage de la production des sources intermittentes, les systèmes de stockage transforment ces dernières en centrales mieux contrôlables et plus prévisibles ce qui leur permet de participer aux marchés d’électricité et aux services systèmes.Afin de garantir le respect des plans de production et des engagements pris envers le gestionnaire du réseau, les centrales de production renouvelables équipées d’un système de stockage ont recours à un système de gestion d’énergie. Alors que le contrôle rapproché assure le respect de la consigne instantanée de production, la gestion d’énergie utilise des méthodes d’optimisation sous contraintes issues de la recherche opérationnelle pour planifier le fonctionnement des systèmes de stockage. Le plus souvent, un arbitrage est nécessaire entre les exigences du fonctionnement et la complexité du modèle utilisé. Les modèles de batterie, qui présentent un comportement non-linéaire, doivent être simplifiés en vue de les intégrer dans les algorithmes d’optimisation les plus courants. De plus, les modèles précis et particulièrement ceux qui sont basés sur une modélisation physico-chimique de la batterie exigent des tests de caractérisation chronophages réalisés dans des conditions contrôlées. Finalement, le comportement électrique de la batterie évolue avec son âge ce qui impose un recalage périodique du modèle en fonction du temps.Cette thèse présente une méthodologie d’identification de modèles de batterie en cours de fonctionnement et d’utilisation de ces modèles adaptatifs dans la gestion optimale d’une centrale de production électrique avec stockage. Après un rappel des modèles de batteries, des méthodes d’identification en temps réel issues de la théorie du contrôle sont développées dans le cas d’un modèle des circuits électriques équivalents. L’extraction d’un modèle simplifié pour la gestion d’énergie est décrite et juxtaposée à une analyse de régression directe des données de fonctionnement. Les méthodes d’identification sont testées pour un système de stockage réel de taille industrielle, associé à une centrale photovoltaïque installée sur l’île de La Réunion. L’identification du modèle dans le cadre d’une étude de vieillissement préalablement effectuée au sein du CEA, met en évidence le suivi de l’état de santé de la batterie.En vue de l’intégration des modèles adaptatifs dans la gestion, la formulation des problèmes d’optimisation rencontrés dans la planification d'une centrale photovoltaïque associée à un système de stockage est développée. Des implémentations en programmation linéaire-mixte et en programmation dynamique sont réalisées dans des cas d’études basés sur la participation aux marchés d’électricité ou dans le cadre d’une tarification réglementée, ainsi que la participation aux services système. Afin d’évaluer les performances de ces solutions, une architecture de contrôle pour la centrale est détaillée, et le fonctionnement de la centrale est simulé. Plusieurs configurations du système de gestion sont testées, y compris l’utilisation de modèles fixes ou variables ainsi que la prise en compte ou non du vieillissement de la batterie. Une analyse statistique des résultats obtenus pour différents cas de production photovoltaïque et d’erreurs de prévision montre que l’utilisation des modèles variables présente des avantages. / Limited fossil energy resources and the prospect of impending climate change have led the European Union to engage in a restructuring of the electricity sector towards a sustainable, economical and reliable power supply. Energy storage systems have the potential of an enabling technology for the integration of renewable energy sources, which underlies this transition. They allow the delivery of energy produced by a local source to the electric grid to be shifted in time and can compensate random fluctuations in power output. Through such smoothing and levelling, energy storage systems can make the production of variable renewable sources predictable and amenable to control.In order to observe scheduled production and their commitments toward the grid operator, renewable power plants equipped with storage systems make use of an energy management system. While direct control ensures tracking of the current production setpoint, energy management employs constrained optimization methods from operations research to organize the usage of the storage systems. The complexity of the storage system model used in optimization must frequently be adapted to the specific application. Batteries show non-linear state-dependent behavior. Their model must be simplified for use in the most common optimization algorithms. Moreover, precise battery models based on physical modelling require time-consuming controlled testing for parameterization. Lastly, the electrical behavior of a battery evolves with aging which calls for regular recalibration of the model.This thesis presents a methodology for on-line battery model identification and the use of such adaptive models in optimal management of an electrical plant with energy storage. After a summary of battery models, observer methods for on-line identification based on control theory are developed for the case of an equivalent circuit model. The extraction of a simplified model for energy management is described and compared to direct regression analysis of the operational data. The identification methods are tested for a real industrial-sized storage system operated in a photovoltaic power plant on the island of La Réunion. Model identification applied to data from an earlier battery aging study shows the use of the method for tracking the state-of-health.The formulation of optimization problems encountered in the production scheduling of a photovoltaic power plant with energy storage is developed incorporating the adaptive battery models. Mixed-integer linear programming and dynamic programming implementations are used in case studies based on market integration of the plant or regulated feed-in tariffs. A simulation model based on the outline of the plant control architecture is used to simulate the operation and evaluate the solutions. Different configurations of the management system are tested, including static and variable battery models and the integration of battery aging. A statistical analysis of the results obtained for multiple cases of photovoltaic production and forecast error shows the advantage of using variable battery models in the study case.

Les îles Galápagos sont un archipel d'îles volcaniques situées dans l'océan Pacifique, à 926 km à l'ouest de l'Equateur continental, dont elles font partie. Depuis 1978, les îles Galápagos sont déclarées patrimoine mondial. En raison de la croissance de la population, il existe plusieurs problèmes sociaux, économiques et environnementaux qui risquent la conservation de l'environnement des îles. Dans ce contexte, le gouvernement équatorien veut préserver son patrimoine écologique. Par conséquence, avec la participation de divers acteurs, principalement le ministère de l'Énergie et des Énergies renouvelables, il effectue plusieurs initiatives. Afin d'améliorer les services fournis sur les îles, cet objectif sera accompli grâce à la réduction de la consommation de carburants fossiles et donc des émissions de CO2. Donc, cette thèse a analysé l'impact des nouveaux services sur le réseau électrique, comme le remplacement obligatoire des véhicules conventionnels et des cuisinières pour des solutions efficaces et la proposition des solutions pour réduire les problèmes négatifs sur le réseau. En outre, une forte intégration de la génération distribuée a été considérée dans l'analyse. De plus, des solutions innovantes pour basse et moyenne tension ont été conçues et testées afin d’améliorer le service électrique sans affecter l'environnement et conserver ce patrimoine mondial. Par exemple, un programme DSM intelligent composé d'un schéma de temps d'utilisation (TOU) combiné avec la réponse de la demande (DR) a montré des résultats intéressants, l'installation d'un système de stockage d'énergie de batterie a également été testée, et les résultats de moyenne tension sont prometteurs. Un système de commutation automatique de phase a été adapté comme une solution pour réduire le déséquilibre en basse tension avec des résultats impressionnants. Le déploiement des réenclencheurs a démontré une amélioration considérable de la fiabilité avec un retour d’investissement très court. Considérant les technologies de l'information et de la communication, une pièce clé pour déployer Smart Grids, l'architecture de communication des réseaux de NAN/FAN/HAN a été abordée. Enfin, un Système de Gestion d’Energie pour la gestion optimale de l'énergie à Galápagos a été conçu. Toutes ces études représentent un défi important : la gestion optimale de l'électricité de réseau isolée sans énergie fossile. / The Galápagos Islands are an archipelago of volcanic islands located in the Pacific Ocean, 926 km west of continental Ecuador, of which they are a part. Since 1978, Galapagos Islands are accepted as Heritage World, due to the growth of the population, there are several social, economic and environmental problems, which endanger the environment conservation of the Islands.In this context, the Ecuadorian government desires to preserve its ecological heritage. Hence, with the participation of several stakeholders mainly the Ministry of Energy and Renewable Energy, it is releasing a lot of initiatives. In order to improve the general services that are provided in the islands, this goal will be achieved by means of reducing fossil fuel consumption and therefore CO2 emissions. Thus, this thesis has analyzed the impact of new services on the grid such as the mandatory replacement of conventional vehicles and cookers for efficient ones and to propose solutions for reducing negative issues originated on the network. Also, a strong integration of distributed generation is considered in the analysis.In addition, innovative solutions for both low and medium voltage have been designed and tested for improving the electrical service without affecting the environment and conserving this world heritage. For instance, a smart DSM program composed of Time of Use scheme combined with Demand Response has shown interesting results, the installation of a Battery Energy Storage System has been studied as well; the results in Medium Voltage are promising. An Automatic Phase Switching system is adapted like a solution for reducing unbalance in low voltage with impressive results. The deployment of reclosers has demonstrated a considerable improvement in the reliability with a Return on Investment very short.Considering the Information and Communication Technologies a key piece to deploy Smart Grids, the communication architecture of the Neighbor, Field and Home Area Networks is addressed. As last, an Energy Management System for performing optimal energy management within Galapagos is designed. All these studies have a significant challenge: the optimal management of electricity of isolated grid with zero fossil energy.

Le raccordement des systèmes PV ou des systèmes de recharge des VE au réseau peut avoir des impacts sur le fonctionnement du réseau:• Variation de tension• Déséquilibre de tension entre phases• Impact du caractère intermittent de la ressource solaire• Impact du caractère aléatoire des systèmes de recharge des VE• Injection d'harmoniques de découpage au réseau si les onduleurs ne sont pas munis de filtres efficaces• Interactions harmoniques entre onduleurs à travers le réseau• Injection de courant continu au réseau• Courants de fuite• Impact sur les pertes• Impact sur la congestion en cas de recharge des VE…C'est pourquoi, l'objectif de cette thèse est de développer les stratégies de contrôles/commandes intelligents pour les onduleurs PV et les systèmes de recharge des VE de afin de- réduire le coût total du système PV ou du système de recharge,- augmenter la performance des onduleurs PV raccordés au réseau- augmenter le taux de pénétration des systèmes PV ou de recharge des VE- assurer la continuité de service- participer au réglage de tension et de fréquence du réseau- contribuer à la stabiliser le réseau en cas nécessaire- améliorer la qualité de l'énergie- éviter les congestions…Dans le cadre du travail, la définition des services apportés par systèmes PV ou les systèmes de la recharge des VE est nécessaire. Ces services que les systèmes PV ou les systèmes de recharges qui peuvent apporter au réseau, sont élaborés dans un but prospectif : respect du plan de tension par régulation, absorption/production de puissance réactive selon le besoin, tenue aux creux de tension, amélioration de la qualité.Les études concernées :- Etude des interactions (impacts) entre les onduleurs PV et le réseau- Etude des interactions (impacts) entre les onduleurs de la recharge des VE et le réseau- Définition des services apportés par ces systèmes- Développement et modélisation d'un onduleur bidirectionnel- Développement des systèmes de contrôle/commande intelligent pour ces services:o Réglage de tension. Gestion de congestion. Amélioration de la qualité (ex : harmoniques). Capacité de tenue aux creux de tension. / The connection of PV systems or EV charging systems may impact on the operation of the electrical network:• Voltage variation• Voltage unbalance between phases• Impact of the intermittent nature of the solar resource• Impact of the random nature of EV charging systems• Harmonic injection in the network• DC injection network• Leakage currents• Impact on loss• Impact on congestion in case of EV charging ...Therefore, the objective of this thesis is to develop strategies to control / intelligent controls for PV inverters and charging systems for EVs to- Reduce the total cost of the PV system or charging system,- Increase the performance of PV inverters connected to the network- Increase the penetration of PV or EV charging- Ensure continuity of service- Participate in the regulation of grid voltage and grid frequency- Contribute to stabilize the grid- Improving the quality of energy- Avoid congestions...As part of the work, the definition of services provided by PV systems or EV charging systems is required. These services PV systems or systems that can provide to the network, are developed in a prospective: regulation of the voltage plan, absorption / reactive power as needed, withstand voltage dips, improving quality. Studies concerned:- Study of interactions (impacts) between PV inverters and network- Study of interactions (impacts) between the inverters and EV charging network- Definition of the services provided by these systems- Development and modeling of a bidirectional inverter- Development of control systems / intelligent control for these services: Voltatge controlo Management of congestiono Improved quality (eg harmonics). Ability to ride-through voltage dips.

<p>Approximately 4.2 million Canadian adults suffer from a physical or psychological disability, of whom up to 30% suffer from depression. Those receiving disability benefits versus those not receiving benefits may be at greater risk of unsatisfactory outcomes because their circumstances or psychological status may interfere with successful implementation of standard therapies. This thesis addresses the effectiveness of therapies for depression in patients receiving disability benefits, using an individual patient data meta-analysis of all published randomized controlled trials evaluating Cognitive Behavioural Therapy and a secondary analysis of an administrative database from a large, private, Canadian insurer. Additionally, this thesis addresses an important methodological issue: assessing the impact of missing participant data for continuous outcomes in systematic reviews. Missing participant data may bias results of individual trials or systematic reviews of individual trials if participants with missing data have different expected outcomes from those with available data. No methods have been proposed for investigating the extent to which missing participant data for continuous outcomes might bias the results of systematic reviews, and this dissertation addresses that gap.</p> / Doctor of Philosophy (PhD)