Aide à la conception d'Eco-Parcs Industriels flexibles intégrant une part élevée d'énergies renouvelables

by Thibaut Wissocq

Thesis project in Energétique et Procédés

Under the supervision of Assaad Zoughaib and Cong-Doan Tran.

Ongoing thesis at Paris Sciences et Lettres , under the authority of SMI - Sciences des Métiers de l'Ingénieur , in a partnership with Energétique et Procédés (laboratoire) , CES - Centre Efficacité énergétique des Systèmes (equipe de recherche) and École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement de préparation de la thèse) since 02-01-2018 .

  • Alternative Title

    Methodology for designing flexible eco-industrial parks including a high share of renewable energies


  • Abstract

    Context and challenges Eco industrial parks are conceived to optimize ressources efficiency of a territory by favouring inter-company collaborations by the installation of exchanger networks and by the collaborative management of natural ressources and waste (materials, water, energy). These networks include co-products exchanges, valorisation of waste heat, share of infrastructures exploiting ressources or managing / transforming material and energy flows and common management of waste. In practice, the strong interdependence between partners makes the emergence of eco inustrial parks difficult. This interdependance raises concerns about the impact on each processes if one or several processes do not work under normal conditions. In the same time, the implementation of renewable ressources is slowed down by issues on management of eletrical grid, because of their intermittence. Massive implementation of renewable ressources is more complex as the operational conditions of processes are not very flexible. Scientifics objectives The aim of the thesis is to develop a methodology in order to implement renewable ressources on a industrial territory while guaranteeing the stability of industrial processes by taking account of the availability and the needs in energy and raw material and by setting up conversion systems (energy/material, heat/electricity) and storage systems. Methodology Optimization models will be developped based on multi-energy (heat, eletricity, renewable ressources) and multi-material (water, CO2, CH4, etc) integration methodologies for several industrial sites in a territory. The models will allow to conceive flexible eco industrials parks taking account of the intermittence of renewable ressources, according to economic, environmental and operating criteria. Energy and material storage solutions will be modelized and implemented in the models in order to respond to the dynamic approach of the processes. Moreover, conversion systems energy/material will be studied in the optimization of the design of the exchanges between industrial partners. These conversion systems will improve the territory flexibility and can be economically pertinent. Expected results The main result of this thesis is a methodology for designing flexible eco-industrial parks. The methodology will be tested on real case studies.


  • Abstract

    Contexte et enjeux Les éco-parcs industriels sont conçus pour optimiser l'efficacité des ressources d'un territoire en favorisant des collaborations inter-entreprises par la mise en place des réseaux d'échanges et de gestion commune des ressources naturelles et des déchets (matières, eau, énergie). Ces réseaux regroupent les échanges de coproduits, la récupération de chaleur perdue, le partage d'infrastructures destinées à exploiter des ressources ou à gérer / transformer certains flux de matière et d'énergie et la gestion commune de déchets à travers la création d'infrastructures ou des services de manutention et de traitement partagés. Dans la pratique, l'émergence des éco-parcs industriels est rendue difficile par la forte interdépendance entre partenaires. Celle-ci suscite des craintes concernant l'impact sur chacun des procédés si l'un ou plusieurs d'entre eux fonctionnaient dans des conditions anormales (charge réduite ou arrêt). Dans le même temps, l'implantation des EnR sur le territoire est freinée par des problématiques de gestion du réseau électrique vis-à-vis du caractère intermittent de ces dernières. L'insertion massive de ces énergies renouvelables au niveau des sites industriels est d'autant plus complexe que les conditions opératoires de la plupart des procédés industriels sont relativement peu flexibles. Objectifs scientifiques L'objectif de cette thèse est de répondre à ces deux problématiques en développant une méthodologie permettant d'implanter des EnR sur un territoire industriel tout en garantissant la stabilité de la production industrielle en tirant partie des disponibilités et des besoins en énergie et en matières premières des industriels et en plaçant des systèmes innovants de conversion énergie/matière et chaleur/électricité et de stockage adaptés. La méthodologie développée permet ainsi à la fois l'introduction d'EnR sur des territoires industriels tout en favorisant les synergies entre les acteurs industriels. Approche - Méthodes Pour atteindre les objectifs de cette thèse, on développera des modèles d'optimisation basé sur des méthodologies d'intégration multi-énergies (chaleur, électrique, EnR) et multi-matières (eau, CO2, H2, CH4, autres) de plusieurs sites industriels sur un territoire. Le modèle permet ainsi la conception d'éco-parcs industriels flexibles par rapport à l'intermittence des EnR selon des critères économiques, environnementaux et d'opérabilité. La variation temporelle des conditions opératoires des procédés et des EnR sera prise en compte dans le modèle de conception de l'éco-parc industriel. Pour répondre à cet aspect dynamique de l'évolution des procédés et des EnR, des solutions de stockages énergétique et matière seront ainsi modélisés et intégrés dans le modèle développé. De plus, des opportunités de conversion énergie/matière (par exemple : pompes à chaleur, méthaniseur, incinérateur, stockage, électrolyseur, etc.) seront considérées dans l'optimisation du design des échanges entre partenaires industriels. Ces moyens de conversion permettront d'améliorer la flexibilité globale du territoire et seront plus pertinents économiquement car l'investissement et l'utilisation pourra être répartis entre plusieurs partenaires. Les échanges inter-sites seront réalisés soit directement (si la proximité des sites l'autorise) soit indirectement par des réseaux d'échanges (chaleur, froid, matière, électrique). Résultats attendus Le principal résultat de cette thèse est un outil prototype d'aide à la conception d'éco parc industriels et flexibles. Cet outil qui implémentera la méthodologie issue de la thèse sera testé sur un parc industriel réel (Dunkerque) ou à défaut d'aboutir à un accord dans les délais de la thèse sur un cas virtuel issu de la littérature.