Optimisation multi-objectif des systèmes énergétiques

La demande sans cesse croissante de l'énergie ainsi que les préoccupations environnementales liées aux gaz à effet de serre amènent de plus en plus d'entreprises de production d'électricité publiques et privées à se tourner vers l'énergie nucléaire comme une alternative pour le futur. Les centrales nucléaires sont donc appelées à connaître une expansion prodigieuse dans les prochaines années. Des technologies améliorées devront alors être mises en place pour accompagner le développement de ces centrales. Dans le cadre de la présente thèse, il est envisagé d'optimiser le cycle thermodynamique de la boucle secondaire de la centrale nucléaire de Gentilly-2 en termes de la puissance produite et du rendement thermique. La centrale nucléaire de Gentilly-2 utilise un réacteur à eau sous pression de type CANDU. Elle comporte deux parties distinctes composées des circuits primaire et secondaire. Le circuit primaire est parcouru par de l'eau lourde sous pression, jouant le rôle de caloporteur pour récupérer la chaleur produite par fission dans le coeur du réacteur. Cette chaleur récupérée est alors transférée au circuit secondaire par l'intermédiaire des générateurs de vapeur (GV). La vapeur produite dans les GV est détendue dans les turbines pour produire du travail mécanique et entraîner un générateur électrique. Le rendement de conversion de l'énergie thermique en travail mécanique dans les centrales de type de CANDU est généralement faible (30 à 35%) comparativement aux centrales thermiques utilisant le combustible fossile dont le rendement peut atteindre 45%. Le cycle thermodynamique de la vapeur dans la boucle secondaire de la centrale nucléaire de Gentilly-2 est un cycle de Rankine avec surchauffe de la vapeur et la régénération de la chaleur. Ainsi, la vapeur produite dans les GV et proche de la saturation est détendue dans un premier temps dans une turbine haute pression, puis elle est surchauffée avant d'être détendue dans la turbine basse pression. La surchauffe a pour but de limiter l'humidité contenue dans la vapeur après sa détente dans la turbine haute pression. L'énergie nécessaire à la surchauffe provient d'un prélèvement d'une fraction de la vapeur produite au niveau des GV. Cette surchauffe favorise l'amélioration du rendement mais diminue en contrepartie le travail produit. Quant à la régénération, elle consiste à soutirer à différents étages de la turbine, une partie de la vapeur qui a déjà travaillé afin de réchauffer l'eau d'alimentation avant son retour dans les GV.