Optimisation multi-objectifs du pilotage des réacteurs nucléaires à eau sous pression en suivi de charge dans le contexte de la transition énergétique à l'aide d'algorithmes évolutionnaires

Multi-objective pressurized water nuclear reactor operation optimization in the context of the French energy transition using evolutionnary algorithms

• Auteur / Autrice : Valentin Drouet
• Direction : Cheikh M'Backé Diop, Sébastien Verel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergie nucléaire
• Date : Soutenance le 02/10/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service d'études des réacteurs et de mathématiques appliquées (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Claire Vaglio-Gaudard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cheikh M'Backé Diop, Matthieu Guillo, Bilel Derbel, Xavier Doligez
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Claire Vaglio-Gaudard, Lhassane Idoumghar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Algorithmes évolutionnaires

Transition énergétique

Réacteurs nucléaires

Mots clés libres

Réacteur à Eau sous Pression

Transition Énergétique

Optimisation

Algorithmes Évolutionnaires

Pressurized Water Reactors

Energy Transition

Optimization

Evolutionnary Algorithms

Résumé

RTE décrit depuis 2017 le réseau électrique français comme ayant peu de marges, et dont le pilotage dépend fortement des performances du parc nucléaire. En particulier, les options de flexibilité du parc, et en particulier le suivi de charge, vont être sollicitées plus régulièrement dans les années à venir. Ces travaux consistent en une optimisation multi-objectifs des performances du suivi de charge pour les réacteurs à eau pressurisés de 1300MW français, en modifiant les paramètres de gestion du déplacement des barres de contrôle du réacteur. Après avoir développé un modèle de réacteur de type simulateur, nous proposons dans un premier temps une méthode fondée sur l’analyse des paysages de fitness afin de déterminer les objectifs les plus pertinents, d’adapter l’espace de recherche et de calibrer l’algorithme d’optimisation. Nous menons ensuite l’optimisation du suivi de charge au début du cycle selon deux objectifs : le volume d’effluents et l’instabilité axiale de la puissance à l’aide d’un algorithme parallèle asynchrone basé sur l’algorithme MOEA/D, pour un transitoire de puissance de type jour/nuit. Nous étendons ensuite la démarche à l’étude de l’ensemble du cycle d’exploitation du réacteur afin de trouver des gestions des barres de contrôle permettant d’améliorer les performances du suivi de charge pour tout le cycle, et développons pour cela une version de l’algorithme assistée par un métamodèle. L’étude de ces solutions montre que l’augmentation de la bande de manoeuvre du groupe de régulation de température conjointement à une adaptation des recouvrements des barres du groupe de compensation de puissance, permet d’améliorer les performances du réacteur tout en maintenant la sûreté.

In the context of the introduction of renewable energies in France, Nuclear Power Plant Operations are a key component for the compensation of the intermittent production of solar and wind power. In this work, we focus on the optimization of the operation cost and stability of power of a real-life power transient, while maintaining safety standards on a 1300 MW Pressurized Water Reactor, by changing the control rods management parameters. We first develop a model of the reactor targeted for load follow operations. We then propose a method based on fitness landscape analysis in order to determine the objectives that are best suited for the problem, adapt the search space and tune the optimization algorithm. We first use that method to minimize the volume of effluents and xenon oscillations at the beginning of the reactor exploitation cycle, with an asynchronous parallel algorithm based on MOEA/D for a classic day-night power transient. We then expand that study to the complete exploitation cycle, in order to find rod parameters that are efficient for the complete reactor cycle. We develop for that study an asynchronous parallel algorithm based on MOEA/D assisted by a surrogate model. The analysis of the solutions shows the need to increase the maneuvering band of the temperature regulation rods, while adjusting the overlaps of the power shimming rods.