ModeliScale : Modelica for large scale energy cyber physical systems

L’insertion progressive de nouveaux moyens de production (énergies renouvelables), de consommation (véhicules électriques) et de stockage, le recours à des composants de nouvelle génération comme l’électronique de puissance, modifient fortement l’architecture du réseau de distribution d’énergie. Pour bâtir, sécuriser et optimiser le mix énergétique de demain, il est nécessaire de mettre à disposition de nouveaux outils de modélisation et simulation comportementale performants pour comprendre et traiter l’impact de différents scénarios sur la stabilité et la performance économique du système énergétique.

Le projet Modeliscale

Le projet ModeliScale a visé le passage à l’échelle des méthodes et outils pour la modélisation et la simulation des systèmes énergétiques de grande taille, afin de modéliser les nouvelles architectures induites par la loi de transition énergétique. L’ambition du projet a été de développer des nouveaux concepts scientifiques d’analyse et de résolution de ces systèmes, de prototyper des solutions technologiques basées sur les standards ouverts Modelica et FMI, puis de les valider sur des démonstrateurs industriels.

ModeliScale, les bénéfices attendus

• la capacité à réaliser des études (modélisation, simulation) sur de plus grands systèmes énergétiques qui sont à la fois multi-facettes et distribués, dans une chaine de valeur incluant production, transport, stockage et distribution de l’énergie
• l’aide au dimensionnement des architectures en fonction des services aux clients-consommateurs (gestion des flexibilités)
• l’anticipation de la montée en puissance des énergies renouvelables et des mesures d’efficacité énergétique dans une perspective de réduction de l’empreinte environnementale

Les résultats

La revue finale de projet – réalisée à l’automne 2021 – a présenté l’ensemble des résultats :

• Avancées scientifiques sur 3 grands challenges : traitement des modèles de systèmes multi-modes ; initialisation correcte de ces modèles ; analyse, compilation et exécution des modèles de grande taille.
• Développement et appropriation de plusieurs méthodes innovantes : analyse structurelle des systèmes multi-modes, traitement des systèmes à dynamique rapide, initialisation des modèles par une approche d’assimilation de données, l’amélioration à la co-simulation large échelle de ces systèmes.
• Développement de prototypes par les partenaires : Implicit Structural Analysis of Multi-Mode DAE Systems (Inria), CATIA Dymola (Dassault Systemes), librairies de composants électriques et de réseau de chaleur (DPS), librairie de composants de calcul de ‘load flow’ d’un réseau électrique (EDF), outil de co-simulation DACCOSIM (EDF) etc…
• Réalisation des démonstrateurs portés par les cas d’étude des partenaires industriels : EDF Power Grid d’Innovel Parc à Vélizy (Ile-de-France), CEA Tech Micro Grid au Bourget-du-Lac (région AURA), ENGIE Cylergie Réseaux de chaleur à Balma (Aquitaine) et Rillieux (région AURA).
• Plusieurs dizaines de communications, notamment lors de l’édition 2021 de la  Modelica Conference.

ModeliScale, retombées et perspectives

Plusieurs perspectives s’offrent aux parties prenantes du projet :

• EDF : aide au pilotage dynamique des systèmes énergétiques (gestions des flexibilités, stockage) ; support aux grands chantiers en France et à l’export ; ainsi que la capitalisation et l’amélioration des méthodes et outils associés
• ENGIE Cylergie : développement de la connaissance, et extension des réseaux modélisés
• CEA Tech : exploitation de la plateforme unifiée issue du projet dans un cadre collaboratif étendu entre les disciplines
• Éditeurs de logiciels & sociétés d’ingénierie : apports substantiels à l’offre de modélisation et de simulation des systèmes (logiciels modeleur/solveur, plate-forme de simulation, bibliothèques), permettant des offres complémentaires de services et de formation

A l’issue du projet, les partenaires bénéficient également de retombées en termes d’expertise, de reconnaissance dans les communautés internationales Modelica et FMI, ainsi que d’emplois et compétences.