Distributed negotiation mechanism for smart energy management

Les besoins, toujours plus grands, en énergie et la pollution de la planète, due à l'utilisation d'énergies polluantes non-renouvelables, obligent à concevoir de nouveaux modèles énergétiques durables et fiables. Ces nouveaux modèles se fondent, aujourd'hui, sur une intégration massive des énergies renouvelables dans le réseau électrique. Le problème des énergies renouvelables est leur caractère intermittent, dépendant des conditions météorologiques, la plupart du temps. L'arrivée des nouvelles technologies de l'information et de la communication permet l’intégration d’une couche informationnelle au réseau énergétique lui permettant d'être intelligent et d'entrevoir la possibilité d'une gestion distribuée des énergies renouvelables. Ces énergies étant principalement décentralisées, contrairement aux imposantes centrales nucléaires, au charbon, au gaz et au fioul, sont produites directement chez le consommateur. Le consommateur devient alors un prosumer capable de répondre à ses besoins énergétiques, voire même d'agir comme un producteur s'il produit plus d'énergie qu'il n'en consomme. Mais l'arrivée d'une pléthore de petits acteurs capables d'acheter et de vendre de l'énergie, en temps réel, dans un marché comprenant les puissants acteurs traditionnels du marché peut être une source de volatilité pour les prix de l'énergie. Des variations importantes des prix peuvent conduire à des situations néfastes en déstabilisant le réseau. Pour faire face à ce problème, nous avons développé un premier mécanisme de négociation automatique, sur trois échelles de temps, qui impose des contraintes sur la demande ainsi que sur les prix pour garantir leur stabilité. Ce mécanisme s'appuie sur des entités représentatives (producteurs, prosumers et agrégateurs) pour gérer l'offre et la demande sans toutefois prendre en compte l'impact sur le réseau des contrats négociés entre ces entités. Le second mécanisme, fondé sur la technologie Blockchain, permet des négociations bilatérales décentralisées et prend en compte les impacts physiques de chaque échange d'énergie entre prosumers, garantissant ainsi l'intégrité du réseau. Le mécanisme ainsi proposé se soustrait à une gestion de la stabilité du réseau par des tiersIncreasing needs in energy, and earth pollution, coming from the use of polluting and non-renewable energy, make it indispensable the design of new energetic models, sustainable and reliable. Today, these new models are based on a massive integration of renewable generators in the grid. The renewable integration issues come from their stochastic features, depending on the weather conditions, most of the time. The coming of new information and communication technologies allows the integration of an information layer to the energy grid allowing it to be smarter and allow to have a glimpse of the possibility of a decentralised management of renewable energy. These energy being mainly decentralised, unlike imposing nuclear, coal and gas power plants, are produced directly at the customer's location. Consumers become, then, a prosumer able to answer to its own energetic needs,and maybe to act as a producer if it produces more energy than it consumes. But, the coming of a plethora of small actors, able to buy and sell energy, in real time, in a market containing the more powerful actors, traditional in the market, can be a source of volatility for energy prices. Considerable variations of the price can lead to detrimental situations by disturbing the grid. To face this problem, we developed a first mechanism for automatic negotiations, on three time scales, which decrees constraints on demand and on prices in order to guarantee their stability. This mechanism rely on representative entities (producers, prosumers and aggregators) to manage demand and supply without taking into account the impact on the grid of the negotiated contracts between these entities. The second mechanism, based on blockchain technology, allows bilateral decentralised negotiations and take into account the physical impacts on the grid of each energy exchange between prosumers, guaranteing then, the grid integrity. The proposed mechanism exempt itself from a management of the grid stability from a centralised third par