Cette thèse concerne l'étude des dispositifs d'électronique de puissance du point de vue de la modélisation. Ces derniers sont souvent constitués de conducteurs ayant des dimensions géométriques très hétérogènes (plaque à épaisseur faible devant la largeur et/ou la longueur par exemple) dont la modélisation est difficile. Les méthodes d'interactions proches, comme celle des éléments finis, sont mal adaptés car elle nécessite la discrétisation de la région air (maillage). Pour cette raison, les travaux ont été orientés vers l'utilisation et le développement des méthodes intégrales : méthode PEEC, méthode des moments magnétiques, méthode intégrale de volume, ces dernières étant particulièrement bien adaptées au calcul des interactions à distance... Les applications visées sont la modélisation de systèmes de conducteurs complexes associés à des masses ferromagnétiques (noyaux inductances par exemple) et à des blindages (carcasses d'armoires électriques par exemple). Ce type de structure se retrouve largement dans le domaine de l'électronique de puissance. Plusieurs formulations intégrales ont été proposées permettant la prise en compte des régions volumiques magnétiques et des régions minces conductrices et/ou magnétiques au sein de la méthode PEEC.

Les alliages nanocrystallines et les nanocomposites à base de magnesium sont des matériaux prometteurs pour le stockage d'hydrogène dans l'état solide, pour offrir une plus grande sécurité et efficaté de stockage que le H2 aux états gazeux ou liquide. Dans ce travail, la synthèse et l'élaboration de ces matériaux par les techniques de broyage à haute énergie (HEBM - High-energy Ball milling) et de déformation plastique sévère (SPD - Severe Plastic Deformation) ont été étudiés. Nanocomposites à base de MgH2 et de Mg2FeH6 ont été préparés par broyage réactif sous atmosphère d'hydrogène (une technique de HEBM) sous plusieurs conditions, pour obtenir une meilleure compréhension des effets des différents paramètres d'élaboration sur la synthèse des hydrures. De plus, l'utilisation des techniques de SPD de torsion sous haute pression (HPT - High-pressure Torsion) et extrusion en canal angulaire (ECAP - Equal Channel Angular Pressing) ont été explorés pour composer des routes d'élaboration de mélanges réactifs à base de Mg pour le stockage de H2. Les matériaux preparés par les différentes méthodes ont été caracterisés par des techniques d'analyse structurale comme, parmi d'autres, difraction de rayons-X, microscopie optique, microscopie electronique en transmission et à balayage. Le comportement pendant la désorption a été étudié par calorimetrie différentielle de balayage, et des échantillons séléctionnés on été soumis à cycles d'absorption et désorption de H2 pour mesures cinétiques. La corrélation des résultats pour les plusieurs systèmes à base de Mg a permis l'obténtion d'un meilleur contrôle de la synthèse des nanocomposites et une meilleure connaissance du potentiel d'utilisation des techniques de SPD pour composer des routes d'élaboration en envisageant les applications pour le stockage d'hydrogène.

La réduction de la résistance à l'avancement par des techniques de contrôle active sera une nécessité d'importance croissante dans les années à venir pour le secteur des transports. Cette thèse fait partie d'une nouvelle voie de recherche consistant à utiliser des décharges plasmas à pression atmosphérique pour modifier les écoulements en vue d'améliorer les performances aérodynamiques (diminution de la traînée et augmentation de la portance). L'actionneur retenu est une décharge à barrière diélectrique surfacique avec un diélectrique composé d'une combinaison de deux matériaux polymères souples. L'écoulement induit par l'actionneur plasma, appelé vent ionique, est d'abord étudié expérimentalement dans l'air au repos en fonction du régime de la décharge. Une loi empirique liant la vitesse du vent ionique à la tension et à la fréquence de l'alimentation est proposée. De cette loi se dégagent une vitesse et une longueur caractéristiques utilisées pour prédire les principales propriétés du jet de paroi induit en aval de la décharge (lois d'échelle). L'efficacité de l'actionneur est ensuite testée en soufflerie subsonique pour trois configurations aérodynamiques de complexité croissante : couche limite laminaire non décollée (plaque plane), couche limite turbulente décollée (profil épais) et couche limite décollée 3D (corps de Ahmed, lunette inclinée à 25°). Des résultats significatifs tant sur le plan de la modification de la topologie de l'écoulement que de l'amélioration des efforts aérodynamiques sont obtenus pour des nombres de Reynolds jusqu'à 1,7.106 (35 m/s).

Le but de cette thèse est le développement et l'optimisation de la chaine électrique d'une hydrolienne fluviale. L'approche est d'abord traitée en simulation pour ensuite finir par la conception et la mise au point d'un prototype. La partie simulation concerne la modélisation des ensembles turbines, génératrices et électronique de puissance mais aussi le développement des diverses lois de commandes. Ces commandes peuvent intervenir à différents niveaux du contrôle jusqu'à la supervision complète du système, permettant de gérer des défauts, des algorithmes de MPPT (extraction maximale de puissance), des synchronisations entre colonne, ... Le prototype d'hydrolienne fluviale sera ensuite présenté, de la mise au point des parties mécaniques jusqu'aux résultats expérimentaux. Les travaux nombreux autour de ce prototype ont permis d'obtenir des résultats satisfaisants et encourageants qui corroborent la théorie.

The focus of this thesis is the quantification of the value of operation flexibility in systems with large penetration of wind generation. This begins with the quantification of the impact of wind generation (WG) uncertainty on the system's needs for frequency regulation and reserve. This is done by combing the stochastic behaviour of wind generation, demand uncertainty and generation outages. Two different approaches are compared to access the implications of using normal distribution approximations or direct representations of different sources of uncertainty. This is followed by an investigation of the relative impact of different sources of uncertainty on the reserve levels. For large wind penetration, wind becomes the dominant source of uncertainty driving most of the need for reserve. Procuring such large requirements increases the need for flexibility and the overall system operations cost. To mitigate these additional costs and improve system flexibility, the study explores the use of a combination of spinning and standing reserve to meet the increased reserve requirements. This combination minimises the cost of reserve and increases system flexibility. These benefits are more pronounced if a more accurate representation of uncertainty is used. Following this, a detailed analysis of the value of generation flexibility is performed. The analysis is based on the modification of traditional scheduling models to include WG and to take into account the relevant features of system operation flexibility. The value of flexibility is quantified for different conventional generation mix, different response and reserve technology compositions and generation technology flexibility, across a wide range of wind penetration levels. The key drivers for the value of flexibility are shown to be the increased response and reserve requirements (especially reserve requirements), the conventional generation mix and the inherent flexibility of must-run generation. This is driven mostly by the system's need for curtailing wind to maintain the generation/demand balance. To obtain a significant reduction of carbon emissions, however, a combination of must-run generation with a large penetration of wind is required. This results in a high economic and environmental value being placed on must-run generation flexibility. The high economic and environmental value attributed to flexibility is seen as an opportunity to explore alternative sources of flexibility, such as storage and demand side flexibility (DSF). To this end, this work also investigates the role that such enabling technologies can play in enhancing system flexibility, by contributing to standing reserve and load-levelling. To this end a new system operation tool is developed. This tool simulates system operation for forecasted and realised wind generation to optimise reserve scheduling and utilisation. This is required to quantify the value of value of using storage and DSF to provide reserve. This tool is used to quantify the economic and environmental value of these technologies for different conventional generation mix and wind penetration. The studies show that both technologies have economic and environmental benefits and this is more pronounced for low flexible conventional generation mix and higher wind penetration. The value is driven mostly from increasing the system's ability of using WG. This highlights the role that storage and DSF can play in enabling low carbon systems composed by a combination of low flexible conventional generation with a large wind penetration. Finally, the thesis also examines the role of storage and DSM to support network operation, particularly in systems like the UK where the connection of WG capacity is limited by network constraints. The use of these technologies, to increase network flexibility in situations of congestion, is explored through the development and application of a multi-period optimal power flow with storage and DSM included as part of the optimisation constraints. The study concludes that both technologies present benefits and have a complementary role. Its value is maximised under different conditions and depends on the cost of generation and location of demand, across the network.

Algae offer as much as 30 times greater biomass productivity than terrestrial plants, and are able to fix carbon and convert it into a number of interesting products. The numerous challenges in algae production and use extend across the entire process chain. They include the selection of suitable algal phyla, cultivation (which takes place either in open ponds or in closed systems), extraction of the biomass from the suspension, through to optimal use of the obtained biomass. The basic suitability of aquatic biomass for material use and energy supply has been demonstrated in a large number of studies. Numerous research projects are concerned with identifying the optimal processes to enable its widespread implementation. [... aus der Einleitung]

Le stockage par supercondensateurs de l'énergie photovoltaïque est modélisé afin de disposer d'un modèle suffisamment fin et accessible permettant de les intégrer dans des chaînes de conversion de l'énergie solaire. Les supercondensateurs sont modélisés par un circuit multibranche comportant des résistances et capacités variables suivant la tension, dont les valeurs sont déterminées par une expérience de caractérisation ayant une bonne précision. Par ailleurs, tous les éléments d'une chaîne typique de conversion de l'énergie photovoltaïque sont modélisés avec le logiciel Matlab/Simulink (gisement solaire, conversion photovoltaïque des panneaux, régulateur, batterie et charges). Le modèle de stockage de l'énergie photovoltaïque par supercondensateurs est ensuite validé par la bonne concordance des mesures relevées en conditions réelles avec les résultats donnés par les simulations. Enfin, deux exemples d'exploitation du modèle sont proposés et discutés : la détermination du temps de charge des supercondensateurs suivant l'éclairement solaire et la température ambiante, et l'intégration des supercondensateurs dans la chaîne d'alimentation électrique d'un moteur à courant continu permettant de réduire les sollicitations électriques sur la batterie lors de l'appel de puissance nécessaire au démarrage du moteur

Climate change, as well as the recent energy crisis in South Africa, has placed renewed emphasis on the need to consider alternative energy options for future developments. EIA can and should play an important role in ensuring that energy alternatives are considered in developmental decision making. The need to consider energy alternatives has already been highlighted as EIA good practice in various guidelines, as well as being explicitly required in relevant application forms. The purpose of this research was twofold. Firstly, to determine the extent to which energy alternatives were considered in EIAs for Metropolitan developments. Secondly, to identify the barriers towards improving the uptake and consideration of energy alternatives by environmental assessment practitioners, environmental authorities and developers. The results show that the consideration of energy alternatives is almost non-existent with very few cases of best practice. The barriers towards introduction of energy alternatives seem to be related to a lack of information and knowledge, institutional resistance to change, as well as general expediency. / Thesis (M. Environmental Science)--North-West University, Potchefstroom Campus, 2010.

Le développement croissant de systèmes de stockages connectés au réseau électrique se voit stimulé par les problématiques de gestion de réseau liés entre autres à l'intégration croissante de technologies de production renouvelables. L'accumulation hydropneumatique d'énergie apparait comme une solution propre et économiquement intéressante dans le panel des technologies existantes. Cette étude analyse une configuration d'accumulation air-eau sans séparation, en cycle fermé et utilisant une pompe/turbine rotodynamique. Les principales problématiques en relation à ces choix techniques sont : les phénomènes de transfert de masse et de chaleur à l'interface air-eau, les caractéristiques de fonctionnement d'une machine hydraulique rotodynamique en régime d'opération variable et le rendement d'accumulation du système. Ces aspects sont traités ici par des approches locales dans certains cas, puis globales afin de pouvoir proposer un modèle de comportement dynamique du système de stockage pouvant faire l'objet de simulations rapides. Les aspects de modélisation ont été élaborés en parallèle au développement d'un banc d'essais de 45 kW réalisé dans le cadre de ce travail. Les observations expérimentales obtenues sur ce banc sont comparées aux résultats du modèle qui rend bien compte de la dynamique et de l'état énergétique du système. Des études d'amélioration du système sont engagées à la fin du document. Elles concernent d'une part la question de la flexibilité de fourniture de puissance et d'autre part le rendement d'accumulation du réservoir de stockage.

Climate change, as well as the recent energy crisis in South Africa, has placed renewed emphasis on the need to consider alternative energy options for future developments. EIA can and should play an important role in ensuring that energy alternatives are considered in developmental decision making. The need to consider energy alternatives has already been highlighted as EIA good practice in various guidelines, as well as being explicitly required in relevant application forms. The purpose of this research was twofold. Firstly, to determine the extent to which energy alternatives were considered in EIAs for Metropolitan developments. Secondly, to identify the barriers towards improving the uptake and consideration of energy alternatives by environmental assessment practitioners, environmental authorities and developers. The results show that the consideration of energy alternatives is almost non-existent with very few cases of best practice. The barriers towards introduction of energy alternatives seem to be related to a lack of information and knowledge, institutional resistance to change, as well as general expediency. / Thesis (M. Environmental Science)--North-West University, Potchefstroom Campus, 2010.