Modélisation et optimisation des systèmes énergétiques à l'aide d'algorithmes évolutifs

L'optimisation de centrales thermique et nucléaire a de nombreux avantages aussi bien,économiques qu'environnementaux. La recherche de nouvelles conditions de fonctionnement et l'utilisation de nouveaux moyens pour y arriver ont fait l'objet de nombreuses études. Dans ce cadre, ce projet a pour but l'optimisation de systèmes énergétiques, plus précisément de la boucle secondaire de la centrale nucléaire de Gentilly 2, en utilisant les soutirages basse et haute pression de même qu'un prélèvement du mélange provenant des générateurs de vapeur. Un modèle thermodynamique détaillé des différents équipements de la boucle secondaire, tels que les réchauffeurs d'eau d'alimentation, le système de séparateur-surchauffeur, le dégazeur, le condenseur et la turbine est réalisé. Pour y arriver le logiciel Matlab (version R2007b, 2007) avec la librairie pour les propriétés thermodynamiques de l'eau et de la vapeur (XSteam pour Matlab,Holmgren, 2006) ont été utilisés. Un modèle de la boucle secondaire est obtenu grâce à l'assemblage des différents équipements. Une simulation des équipements et du cycle complet de la boucle nous a permis de dégager deux fonctions objectifs à savoir le rendement et la puissance nette qui évoluent de manière opposée en fonction de la variation des différents soutirages. Pour l'optimisation, compte tenu de la complexité du problème, nous avons utilisés une méthode basée sur les algorithmes génétiques. Plus précisément nous avons utilisé un outil qui a été développé à l'institut de génie nucléaire appelé BEST (“Boundary Exploration Search Technique”) développé en VBA* (“Visual Basic for Application”) pour sa particularité à converger plus rapidement et à effectuer une recherche plus exhaustive à la frontière des solutions optimales. L'utilisation du protocole DDE (“Dynamic Data Exchange”) nous a permis de coupler le simulateur et l'optimiseur. Les résultats obtenus nous montrent qu'ils existent plusieurs combinaisons possibles de soutirages qui permettent d'obtenir un meilleur point de fonctionnement pour l'amélioration de la performance de la boucle secondaire de la centrale de Gentilly 2.

Abstract

Optimization of thermal and nuclear plant has many economics advantages as well as environmentals. Therefore new operating points research and use of new tools to achieve those kind of optimization are the subject of many studies. In this momentum, this project is intended to optimize energetic systems precisely the secondary loop of Gentilly 2 nuclear plant using both the extraction of the high and low pressure turbine as well as the extraction of the mixture coming from the steam generator. A detailed thermodynamic model of the various equipment of the secondary loop such as the feed water heaters, the moisture separator-reheater, the dearator, the condenser and the turbine is carried out. We use Matlab software (version R2007b, 2007) with the library for the thermodynamic properties of water and steam (XSteam pour Matlab, Holmgren, 2006). A model of the secondary loop is than obtained thanks to the assembly of the different equipments. A simulation of the equipment and the complete cycle enabled us to release two objectifs functions knowing as the net output and the efficiency which evolve in an opposite way according to the variation of the extractions. Due to the complexity of the problem, we use a method based on the genetic algorithms for the optimization. More precisely we used a tool which was developed at the “Institut de genie nucléaire” named BEST (Boundary Exploration Search Technique) developed in VBA* (Visual BASIC for Application) for its ability to converge more quickly and to carry out a more exhaustive search at the border of the optimal solutions. The use of the DDE (Dynamic Data Exchange) enables us to link the simulator and the optimizer. The results obtained show us that they still exists several combinations of extractions which make it possible to obtain a better point of operation for the improvement of the performance of Gentilly 2 power station secondary loop.