Dimensionnement multi‑objectif et optimisation de la performance de micro-réseaux hybrides insulaires : étude de cas à Yanbu, Arabie saoudite

Électricité pour les foyers isolés

L’accès à une électricité fiable reste un défi pour de nombreuses communautés isolées, en particulier dans les régions chaudes et arides où le raccordement au réseau national est trop coûteux. Cette étude examine comment de petits systèmes électriques autonomes — appelés micro‑réseaux hybrides — peuvent exploiter le soleil, le vent, des batteries et un petit groupe électrogène diesel pour assurer une alimentation électrique continue des habitations de Yanbu, en Arabie saoudite, et comment dimensionner chaque composant pour que l’énergie soit à la fois fiable et abordable.

Petits réseaux centrés sur le solaire et l’éolien

Le micro‑réseau étudié ici est conçu pour des groupes de cinq, dix ou quinze maisons éloignées du réseau principal. Au cœur du système se trouvent des panneaux solaires et des éoliennes qui captent le fort ensoleillement et les vents côtiers modérés de la région. Ceux‑ci sont reliés à une banque de batteries qui stocke l’excédent d’énergie, et à un générateur diesel qui intervient uniquement lorsque les ressources renouvelables et l’énergie stockée sont insuffisantes. Ensemble, ils forment un système autonome capable de fonctionner comme une petite compagnie locale, fournissant de l’électricité pour l’éclairage, les appareils ménagers et autres besoins domestiques.

Concilier coût, fiabilité et énergie propre

Concevoir un tel système n’est pas aussi simple que d’installer le plus de panneaux et de batteries possible. Un système trop grand est inutilement coûteux ; un système trop petit entraîne des coupures. Les auteurs abordent donc la conception comme un problème multi‑objectif avec trois objectifs : réduire le coût moyen de l’électricité sur la durée de vie du système, diminuer la probabilité que le micro‑réseau ne puisse pas satisfaire la demande, et augmenter la part d’énergie provenant de sources renouvelables plutôt que du diesel. Plutôt que de privilégier un objectif au détriment des autres, ils recherchent des combinaisons d’équipements qui offrent différents compromis entre les trois objectifs.

Recherche inspirée par la nature pour trouver les meilleurs designs

Pour explorer les nombreuses combinaisons possibles de panneaux solaires, d’éoliennes, de batteries et d’unités diesel, l’étude utilise deux algorithmes informatiques inspirés de phénomènes naturels. L’un imite la façon dont des chaînes de petits animaux marins appelés salpes convergent vers la nourriture ; l’autre s’inspire des motifs de chasse en spirale des baleines à bosse. Dans ce contexte, chaque « créature » représente un design candidat de micro‑réseau. À mesure que l’essaim ou le banc simulé parcourt l’espace de conception, il teste différentes tailles d’équipements en s’appuyant sur un modèle horaire détaillé du climat, du rayonnement solaire, des vitesses du vent et de la demande électrique des ménages à Yanbu. Au fil des itérations, les solutions moins performantes sont écartées et les meilleures sont affinées, produisant un ensemble de solutions qui équilibrent coût, fiabilité et part renouvelable de différentes façons.

Que se passe‑t‑il à mesure que la communauté grandit

Les chercheurs comparent des systèmes avec et sans secours diesel pour les trois tailles de communauté. Lorsque seuls le solaire, l’éolien et les batteries sont utilisés, l’électricité revient généralement moins chère mais le risque de pénuries est plus élevé, en particulier pour des charges plus importantes ou lors de périodes nuageuses et calmes. L’ajout d’un générateur diesel augmente quelque peu le coût, mais améliore considérablement la fiabilité et réduit le risque de coupures à des niveaux très faibles. Fait intéressant, à mesure que le nombre d’habitations passe de cinq à quinze, les conceptions optimisées tendent à s’appuyer davantage sur le solaire et l’éolien et moins sur le diesel. Les communautés plus grandes peuvent justifier une capacité renouvelable plus importante, ce qui porte la part des renouvelables au‑dessus de 80–90 % tout en maintenant un coût moyen par kilowattheure compétitif par rapport à de nombreuses solutions hors réseau conventionnelles.

Comparaison des algorithmes

Les deux méthodes de recherche identifient des options de conception solides, mais elles excellent de façons légèrement différentes. L’approche basée sur les salpes produit une plus grande variété de solutions de haute qualité, offrant aux planificateurs plus de flexibilité pour choisir entre différents équilibres de coût, de fiabilité et de part renouvelable. La méthode inspirée des baleines trouve souvent des designs à coûts très attractifs, bien que parfois avec un éventail de choix un peu plus restreint. En étudiant la répartition des solutions le long de la courbe de compromis obtenue par les deux méthodes, les auteurs montrent que l’association d’optimisations avancées à des modèles réalistes du climat, des performances des équipements et de la consommation domestique peut révéler des schémas difficiles à découvrir par tâtonnements.

Ce que cela signifie pour les communautés isolées

Concrètement, ce travail fournit une feuille de route pour concevoir des systèmes autonomes qui maintiennent l’alimentation des foyers isolés principalement grâce au soleil et au vent, avec le diesel comme secours dimensionné de façon réfléchie. L’étude montre que, surtout à mesure que les communautés grandissent, les micro‑réseaux hybrides peuvent atteindre des niveaux élevés d’utilisation d’énergie propre sans faire grimper les factures ni sacrifier la fiabilité. Pour les planificateurs et décideurs des régions côtières arides comme Yanbu — et dans de nombreux endroits similaires à travers le monde — ce cadre offre un moyen de transformer les ressources renouvelables locales en systèmes d’alimentation de quartier stables et évolutifs, soutenant le mode de vie moderne tout en réduisant la dépendance aux combustibles fossiles.

Citation: Saleh, A.A., Magdy, G. Multi-objective sizing and performance optimization of islanded hybrid renewable microgrids: a case study in yanbu, Saudi Arabia. Sci Rep 16, 12743 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47028-1

Mots-clés: micro-réseau hybride, énergie renouvelable, solaire et éolien, électrification hors réseau, stockage d’énergie