Optimisation de la planification et de l'opération d'un système multi-énergies à l'échelle d'un territoire industriel

Optimisation of operation and planning of an industrial multi-energy hub

• Auteur / Autrice : Thibaut Knibiehly
• Direction : Robin Girard
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Energétique et génie des procédés
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Energétique et Procédés
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : PERSEE - Centre Procédés, Energies Renouvelables, Systèmes Energétiques
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Mines Paris-PSL

Mots clés

Mots clés libres

Prospective énergétique

Couplage sectoriel

Multi-énergies

Optimisation de trajectoire

Transition énergétique

Energy prospective

Sector coupling

Multi-energy

Energy system planning

Energy transition

Résumé

La décarbonation du système énergétique en 2050 entraînera un changement structurel du secteur industriel. Le besoin en combustibles fossiles sera progressivement remplacé par une demande d'électricité, de biocarburants ou de e-carburants (hydrogène, e-méthane, bio-méthane, chaleur à basse température, etc.). Parallèlement, le réseau électrique diminue son recours aux moyens de production carbonés, tout en intégrant des sources d'énergie renouvelable, créant de nouveaux besoins pour assurer l'équilibre entre la production et la consommation d'électricité, en particulier en termes de stockage. Modéliser la transition d'un système énergétique industriel en prenant en compte la diversité des vecteurs énergétiques permet de réduire les coûts de la décarbonation, en optimisant le déploiement de nouvelles infrastructures. L'objectif de cette thèse est d'étudier un problème de trajectoires optimales d'un système multi-énergie à l'échelle d'hub industriel. Les questions à étudier sont : • Quelles sont les technologies optimales en termes de coût pour l'alimentation en chaleur des procédés industriels ? • Quel est le rôle du stockage et en particulier du stockage de chaleur à l'échelle d'un site industriel ? • L'hybridation entre les technologies de chaleur fossile et électrique est-elle optimale en termes de coût pour la transition vers zéro émission nette ? • Quels sont les investissements optimaux à l'échelle d'un hub industriel multi-plateforme minimisant les coûts du système sous plusieurs scénarios techno-économiques ?

The decarbonisation of the energy system in 2050 will lead to a significant change in the industrial sector. The need for fossil fuels will gradually be replaced by a demand of electricity, biofuels or e-fuels (hydrogen, e-methane, bio-methane, low-temperature heat, etc.). At the same time, the electricity grid is phasing out emitting thermal generation while integrating renewable energy sources, creating new needs to ensure adequacy between production and consumption, particularly in terms of storage. Modelling the conversions between energy vectors makes it possible to reduce the costs of decarbonisation, by optimising the deployment of new infrastructure. The aim of this thesis is to study a problem of optimal pathways of a multi-energy system by modelling an industrial energy hub. The questions to be studied are: • What are the optimal technologies in terms of cost for the supply of industrial process heat? • What is the role of storage and especially heat storage at the scale of an industrial site? • For industrial heat supply, is hybridization between fossil and electric technologies cost optimal for the transition to net zero? • What are the optimal investments at the scale of a multi-platform industrial hub minimising the system costs under several techno-economic scenarios?