Méthodologie d’étude de l’intégration de Small Modular Reactors dans des réseaux électriques dans le cadre de la transition énergétique
Auteur / Autrice : | Charly Boudot |
Direction : | Yvon Bésanger, Bruno Robisson |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Génie électrique |
Date : | Soutenance le 18/10/2023 |
Etablissement(s) : | Université Grenoble Alpes |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble) |
Jury : | Président / Présidente : Adrien Bidaud |
Examinateurs / Examinatrices : Anne-Laure Mazauric | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Henry Ferrasse, Marc Petit |
Mots clés
Résumé
La lutte contre les émissions de gaz à effet de serre d’origine anthropique conduit les gouvernances mondiales à encourager, dans le système électrique, le développement d’Energies Renouvelables Intermittentes (EnRI) en remplacement de moyens de production carbonés. D’un côté, cette transition énergétique mène à repenser les moyens de conception, de pilotage et de stabilité des réseaux électriques car les EnRI sont limitées dans leur pilotabilité à l’inverse des moyens carbonés historiques. D’un autre côté, la R&D sur des projets de réacteurs nucléaires appelés Small Modular Reactors (SMR) est très active. De surcroît, ces SMR présentent des caractéristiques qui pourraient être intéressantes du point de vue de la flexibilité.L’objectif de cette thèse est de caractériser l’interaction d’un parc de SMR avec un réseau électrique dans un contexte de besoin accru de flexibilité. Quelques travaux antérieurs ont déjà étudié les aspects technico-économiques de cette interaction, l’apport de la cogénération à la flexibilité des réacteurs et à la stabilité des réseaux, ou encore le dimensionnement de réacteurs afin d’améliorer leur flexibilité. Aucun d’entre eux n’a permis de caractériser, vis-à-vis de la stabilité des réseaux de transport, l’impact de l’implantation de SMR dont leur flexibilité repose sur leur taux de pénétration, leurs puissances, leurs localisations et leurs rampes de puissance admissibles variables.Le premier apport de cette thèse est de présenter les conditions pour lesquelles un couplage de codes de dynamique des SMR et de génie électrique est nécessaire (ou non) pour représenter correctement leur interaction. Pour cela, un chaînage entre le logiciel de dynamique des réseaux électriques (PowerFactory) et le code de calcul de dynamique des réacteurs nucléaires (CATHARE) a été mis en place en utilisant un réseau continental et un jeu de données de réacteur. Les différentes comparaisons de résultats permettent de montrer que ce chaînage est nécessaire pour le code CATHARE afin de simuler correctement des transitoires en provenance de la turbine. Cependant, dans le sens inverse, l’apport du chaînage à PowerFactory est négligeable, ce qui permet de conclure que des modèles simplifiés de SMR suffisent pour conclure sur le potentiel apport des SMR à la stabilité des réseaux avec PowerFactory.Le second apport est la quantification de l’impact qu’aurait le remplacement de réacteurs de forte puissance sur un réseau par une flotte de SMR. Une méthodologie générale est proposée afin de définir les paramètres d’entrées représentant ces caractéristiques de flexibilité, des variables de sortie pour analyser leurs impacts et des transitoires d’intérêt pour étudier cela à l’échelle de temps retenue. Cette méthodologie est appliquée à un réseau continental, représentatif d’un réseau de transport interconnecté. Les résultats démontrent que l’éloignement des moyens de production par rapport à un évènement donné améliorent le comportement transitoire du réseau aux échelles de temps de la seconde à la minute. Ils démontrent aussi que les paramètres mécaniques des turboalternateurs des SMR impliquent une amélioration de la stabilité à l’échelle de temps de la seconde. Cette méthodologie est aussi appliquée au réseau de Guadeloupe, représentatif d’un réseau de transport insulaire et non interconnecté. Les résultats démontrent que pour s’intégrer sur ce type de réseau, les SMR doivent avoir une puissance limitée et que des innovations technologiques sont nécessaires pour améliorer les rampes de puissances atteignables, augmenter les réserves de puissance pour la régulation de fréquence et permettre aux réacteurs de fonctionner à puissance intermédiaire en continu.