Modèle physique et dynamique pour l'optimisation du pilotage de réseaux de chaleur urbain

Physical and Dynamic Model for the Optimization of Urban District Heating Network Control

• Auteur / Autrice : Allan Iraqi
• Direction : Pascal Stabat
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Energétique et génie des procédés
• Date : Inscription en doctorat le 01/12/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Energétique et Procédés
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : CEEP - Centre Energie, Environnement, Procédés
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Mines Paris-PSL

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation système énergétique et bâtiment

Courbe de charge

Contrôle commande

Optimisation

Energy system and building model

Load curve

Monitoring and control

Optimization

Résumé

Cette thèse vise à développer des algorithmes de pilotage prédictif et flexible pour améliorer les performances énergétiques et environnementales des réseaux de chaleur urbains. Pour cela, des modèles thermiques simplifiés et robustes seront développés, représentant les phénomènes physiques liés au fonctionnement des réseaux. Ces modèles seront intégrés à des algorithmes d'optimisation pour permettre un contrôle en temps réel des réseaux. À l'issue de cette thèse, les principales contributions attendues seront les suivantes : 1) Une modélisation simple mais réaliste, robuste et duplicable à plusieurs réseaux de chaleur. 2) Une méthode mathématique d'optimisation pour un contrôle prédictif en temps réel de la température de départ du réseau. 3) Une analyse des potentiels de flexibilité des bâtiments et des réseaux pour limiter la consommation de pointe au gaz. 4) Une méthode mathématique d'optimisation pour un contrôle prédictif en temps réel de la température de départ du réseau incluant les potentiels de stockage dans le réseau de chaleur. 5) Un cas d'application concret avec une partie expérimentale qui sera mise en œuvre pour valider les résultats théoriques et évaluer les gains énergétiques obtenus.

This thesis aims to develop predictive and flexible control algorithms to improve the energy and environmental performance of urban district heating networks. To achieve this, simplified and robust thermal models will be developed, representing the physical phenomena associated with network operation. These models will be integrated into optimization algorithms to enable real-time control of the networks. The expected contributions of this thesis are as follows: A simple yet realistic and replicable modeling approach for multiple district heating networks. Mathematical optimization methods for real-time predictive control of the network's supply temperature. Analysis of flexibility potentials in buildings and networks to limit peak gas consumption. Mathematical optimization methods for real-time predictive control of the network's supply temperature, including storage potentials in the district heating network. Implementation of a concrete case study with experimental validation to assess the theoretical results and evaluate energy gains.