Optimisation de la structure globale des activités de surface d’une centrale géothermique à cogénération électricité/chaleur

Dirige par la societe Fonroche Geothermie, un consortium de dix partenaires participe au projet FONGEOSEC qui s’inscrit dans le cadre des Investissements d’Avenir de l’ADEME. Ce projet a pour but de concevoir et de realiser un demonstrateur innovant de centrale geothermique haute enthalpie. L’energie, ainsi recuperee en profondeur, servira a la cogeneration d’electricite et de chaleur. L’une des etapes du projet correspond a l’objectif de cette these : developper une methodologie pour la conception optimale des activites de surface de la centrale geothermique. Il s’agit donc de formuler le probleme d’optimisation, de proposer une strategie de resolution robuste et enfin, de mettre en oeuvre cette strategie grâce a un outil logiciel.Dans l’outil ainsi developpe, la repartition entre la production d’electricite et de chaleur s’effectue en parallele. Le fluide geothermal est separe en deux courants, l’un alimentant un Cycle Organique de Rankine (ORC : Organic Rankine Cycle) pour la production d’electricite, et l’autre etant relie a un Reseau de Chaleur Urbain (RCU) pour la distribution de la chaleur. Chaque constituant de l’ORC est dimensionne et la topologie du RCU est determinee. Cet outil permet alors de determiner simultanement :quelle est la meilleure repartition entre production d’electricite et de chaleur,quelles sont les meilleures dimensions pour les composants de l’ORC,et quelle est la meilleure topologie du RCU.Concernant l’ORC, l’outil permettra de savoir si l’utilisation d’un eventuel recuperateur de chaleur interne (IHE : Internal Heat Exchanger) est avantageuse ou non. Du point de vue du RCU, tous les consommateurs (sous-stations) envisages ne sont pas obligatoires. L’outil permettra de choisir quels consommateurs relier au reseau et dans quelle disposition. L’utilisation de variables discretes est alors necessaire et le probleme d’optimisation ainsi resolu est un probleme de type MINLP (Mixed Integer Non Linear Programming).Une methodologie de resolution permettant l’obtention d’une solution de « confiance » (probablement, mais non certainement, l’optimum global) est proposee. Cette strategie de resolution est testee pour differents cas d’etude proches des conditions du projet FONGEOSEC. La stabilite et la robustesse de cette strategie sont alors mises en avant. Une analyse economique et une analyse energetique sont realisees. La resolution multi-objectif est alors effectuee dans le but de fournir le meilleur compromis entre benefices annuels nets et destruction d’exergie. Pour finir, la diversite des resultats montre qu’il n’est pas satisfaisant de dissocier les etudes des deux systemes (ORC et RCU) et demontre l’interet de l’outil developpe.