Dynamic Real-Time Optimization of a Solar Thermal Plant with Storage Management

Afin de limiter le réchauffement climatique, une transition énergétique est nécessaire. Les centrales solaires thermiques sont une bonne alternative aux combustibles fossiles pour la production de chaleur à basse température, à destination de procédés industriels ou pour le chauffage et l'eau chaude sanitaire. Malheureusement, la ressource solaire est intermittente et difficile à prédire, ce qui complexifie le fonctionnement des centrales solaires thermiques. Une cuve de stockage thermique ajoutée au système permet de découpler la production et la fourniture de chaleur pour pallier leur déphasage. Cela accroît les degrés de liberté du fonctionnement de la centrale solaire et le rend encore plus complexe. Cette thèse présente une méthodologie d'optimisation du fonctionnement des centrales solaires thermiques dans le but de minimiser les coûts d'opération et de proposer une bonne gestion du stockage tout en satisfaisant la demande en chaleur. Cette méthodologie se décompose en deux niveaux d'optimisation dynamique. Le premier niveau est une phase de planification qui prévoit l'utilisation optimale du stockage sur un horizon de temps de quelques jours en utilisant des prévisions météorologiques. Le second niveau est une optimisation dynamique en temps-réel (Dynamic Real-Time Optimization, DRTO), qui adapte les trajectoires optimales des débits de la centrale sur un horizon de temps plus court et en utilisant des prévisions mises à jour, plus fiables. La méthodologie est testée en temps-réel sur un modèle de simulation détaillé représentant la centrale réelle. Afin d'améliorer la modélisation de la centrale, une étude a été réalisée sur la discrétisation spatiale de la cuve de stockage en 1D. La collocation orthogonale sur éléments finis a été proposée pour remplacer le traditionnel schéma de discrétisation utilisant les volumes finis, car elle permet d'obtenir des résultats plus précis avec un temps de calcul réduit. La méthodologie de DRTO développée a été testée sur plusieurs cas d'étude représentant différentes saisons et des scénarios en temps-réel variés. Une attention particulière a été donnée à la gestion du stockage. Les résultats obtenus montrent que l'utilisation pour la DRTO d'une planification pour fournir une trajectoire de référence pour l'énergie stockée au cours du temps permet d'éviter des risques de surchauffe dans la centrale solaire. Le suivi de la planification de la gestion du stockage se fait par l'ajout d'un terme dans la fonction obje