La modularité produit et chaîne logistique dans un contexte collaboratif et durable : revue de littérature et cadre conceptuel

International audienceAujourd'hui, l'entreprise se trouve face à de nouveaux enjeux socioéconomiques, de nouvelles contraintes réglementaires et des aspirations louables de ses collaborateurs et de l'opinion publique. Elle doit être profitable et seule l'innovation qui crée les richesses peut assurer sa pérennité. Néanmoins, elle se doit d'intégrer les préoccupations sociales et environnementales dans ses activités et ses interactions avec l'ensemble des parties prenantes. Notre approche résulte d'un équilibre entre les différents aspects (2ES) : Economique, Environnemental et Social pris en compte lors de la conception conjointe d'un produit et de la chaîne logistique associée. Cet article vise l'établissement d'une approche concourante, facilitant l'optimisation de la conception conjointe dans un contexte durable avec une forte considération de la collaboration et de la modularité de produit et de la chaîne logistique. Pour mieux positionner notre contribution nous dressons une revue de littérature avec un focus sur l'ingénierie concourante et le développement durable et nous définissons un cadre conceptuel de nos travaux de recherche

Gestion des flux énergétiques dans un système hybride de sources d’énergie renouvelable : Optimisation de la planification opérationnelle et ajustement d’un micro réseau électrique urbain

The presented research works aim to develop an energy management system for a cluster of distributed micro gas turbines and controllable PV generators called «active generators». The general principles of electricity generation from renewable and non-renewable energy sources are first presented. The operation of actual electric grids is also recalled in order to highlight the challenges and expected innovations in future Smart Grids. Then, the integration of a novel method for maximum and limited power point tracking in a PV-based active generator is presented. The modeling of micro-gas turbines in a microgrid energy management system is also presented. The main contribution of this thesis concerns the design of an operational planning of generators one day ahead by the means of a dynamic programming-based algorithm, taking into account the PV power production and the consumption forecasts. The proposed method calculates the production planning of generators by performing a global optimization of an objective function. An adjustment algorithm is proposed and executed every ½ hours through a communication network in order to take into account the uncertainty in forecasted values. An urban microgrid is used for testing the developed algorithms through Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) with hardware-in-the-loop and real-time simulations. Comparisons of the microgrid operation in identical situations with different objective functions are performed, as well as evaluations of economic and environmental indicatorsL’objectif est de développer un algorithme de gestion énergétique d’un parc de production comprenant de la production distribuée sous forme de micro turbines à gaz et de générateurs PV pilotables dits «actifs » en vue de minimiser le coût économique et environnemental. Les principes généraux de la production d’électricité à base d’énergie renouvelable et non renouvelable sont d’abord présentés et le fonctionnement actuel des réseaux électriques est rappelé pour situer les innovations attendues dans les futurs réseaux dits intelligents. Ensuite, un algorithme de suivi du point de puissance maximale et de puissance limitée dans un générateur actif PV est présenté. La modélisation des micro-turbines à gaz est aussi présentée. La contribution principale concerne la conception d’une planification opérationnelle des moyens de production la veille pour le lendemain à partir de prédictions de la charge et de la production PV en utilisant une programmation dynamique adaptée. La méthode proposée prédétermine le profil de production des générateurs de manière à réaliser une optimisation globale d’une fonction objective pour un réseau électrique urbain. Pour l’exploitation, un algorithme d’ajustement est proposé et intervient toutes les ½ heures de manière à prendre en compte les déviations par rapport aux prédictions en utilisant un réseau de communication. Un micro réseau urbain est utilisé pour tester les algorithmes de gestion implantés dans un superviseur interfacé à un simulateur temps réel. Des comparaisons dans des situations identiques avec différentes fonctions objectives sont réalisées ainsi que des évaluations économiques et environnementales à l’aide d’indicateur

Flux optimal de puissance comprenant un contrôleur UPFC par l'algorithme génétique et l'essaim de particules

Les recherches heuristiques inspirées de la nature basée sur l'algorithme génétique (GA) et l'essaim de particules (PSO) sont présentées et utilisées pour le problème de flux optimal de puissance (OPF), dans les systèmes d'alimentation avec un contrôleur de flux de puissance unifié (UPFC). Le coût total de production d'un système d'alimentation avec l'UPFC qui fixe la tension aux bus de charge est minimisé et validé de manière optimale avec l'utilisation de GA et PSO.GA, qui est basé sur la sélection naturelle et PSO, qui est basé sur le déplacement d'un groupe d'oiseaux sont des algorithmes d'optimisation proposés récemment. Les performances de GA et PSO ont été testées et vérifiées sur le système d'alimentation IEEE 30 bus en les comparants entre les deux et avec plusieurs autres méthodes d'optimisation. En outre, GA et PSO sont utilisés non seulement pour optimiser le coût total de production et les pertes de puissance active, mais aussi pour améliorer le profil de la tension du système d'alimentation. Nos résultats illustrent que GA et PSO peuvent être utilisés avec succès pour résoudre des problèmes non linéaires liés aux systèmes d'alimentation avec une préférence de la deuxième méthode.Mots-clés: Flux de puissance, optimisation, UPFC, algorithme génétique, essaims de particulesEnglish Title: Optimal power flow including a UPFC controller by genetic algorithm and particles swarmEnglish AbstractHeuristics researches inspired by nature based on genetic algorithm (GA) and particle swarm optimization (PSO) are presented and used for optimal power flow problem (OPF) in power systems with a unified power flow controller (UPFC). The fuel cost of producing in power system with the UPFC that sets the voltage to the load buses is minimized and validated optimally with the use of GA and PSO.GA, which is based on natural selection and PSO, which is based on moving a group of birds are recently proposed optimization algorithms. The performance of GA and PSO have been tested and verified on the IEEE 30 bus power system by comparing between them and with several other optimization methods. In addition, GA and PSO are used not only to optimize the total cost of production and active power losses, but also to improve the voltage profile of the power system. Our results illustrate that GA and PSO can be used successfully to solve non-linear problems related to power systems with a preference of the second method.Keywords: Power flow, optimization, UPFC, genetic algorithm, particle swarm

Contribution au pré dimensionnement et au contrôle des unités de production d'énergie électrique en site isolé à partir des énergies renouvelables (Application au cas du Sénégal.)

La crise énergétique marquée par une flambée des prix du pétrole et les impératifs d un développement durable font des énergies renouvelables une alternative qui suscitent aujourd'hui l intérêt de plusieurs équipes de recherches. Le Sénégal, pays subsaharien, non producteur de pétrole n est pas épargné par cette crise. Celle-ci se traduit par, une faible couverture du pays (en particulier les zones rurales) par le réseau électrique national. Pour faire face à cela, la nouvelle orientation en matière de politique énergétique met l accent sur l utilisation des énergies renouvelables notamment, le solaire et l éolienne. L'objectif principal de cette thèse est de dégager une méthodologie de conception d un site isolé de production d énergie électrique à partir des énergies alternatives. Il s'agit à partir des caractéristiques d un site (ressources d énergie disponibles, besoins énergétiques) de :- mettre en place une démarche qui permette le choix d une architecture du réseau et de dimensionner de façon optimale l ensemble des constituants du réseau (machines, sources et dispositifs de stockage) en tenant compte de toutes les contraintes- concevoir un dispositif de commande des composantes et de gestion des flux d énergie Cette thèse comprend trois chapitres :- Chapitre 1 : pose la problématique de l énergie au Sénégal. L organisation institutionnelle du sous-secteur de l électricité, les réalisations et les projets en cours sont présentés. Aussi, une étude sur les architectures de micro-réseaux est faite. - Chapitre 2 : traite des outils et logiciels. Une étude comparative des principaux logiciels d analyse, de conception et simulation des micro-réseaux est réalisée. L ensemble des composants de notre système ont été modélisées. Les méthodes d optimisation et des outils de représentation graphique (Bond Graph, GIC et REM) des systèmes ont été présentés. Une enquête menée et une recherche bibliographique nous ont permis d évaluer le potentiel énergétique du site et les besoins des populations.- Chapitre 3 : il s agit de l application de notre outil sur un site isolé identifié au Sénégal (MBoro/Mer). L optimisation à travers la fonction objectif coût annualisée du système (ACS) nous a permis de dimensionner de façon optimale notre système. Aussi la commande du système avec la Représentation Energétique Macroscopique (REM) a été conçue.Pour la suite du travail, il faudrait envisager une prise en charge des problèmes de disponibilité du système à travers une surveillance et une supervision du dispositif. Le volet socio-économique aussi est à intégrer dans le futur afin de satisfaire l évolution des besoins et des habitudes des populations.The energy crisis characterized by the oil products price rising and the imperatives of sustainable development do that renewable energies are an alternative today witch attract the interest of several research teams. Senegal, sub-Saharan country, not oil producer is not spared by this crisis. The consequence of this is a low coverage of the country (especially rural areas) by the national grid. For solving this, the new orientation of the energy policy focuses on the use of renewable energy particularly solar and wind.The main objective of this thesis is to identify a methodology of design of an isolated site of electrical energy production from alternative energies It is consists on, from site characteristics (energy resources, energy requirements):- to develop an approach that allows the choice of network architecture and sizing optimally all components of the network (machines, sources and storage devices) taking into account all the constraints- to design a device for controlling components and managing the energy flowsThis thesis contains three chapters:- Chapter 1 - poses the problem of energy in Senegal. The institutional organization of the electricity sub-sector and the ongoing projects are presented. Also, a study of micro- architectures networks is made.- Chapter 2 deals with tools and software. A comparative study of the main software of analysis, design and simulation of micro- network is realized. The components of our system have been modeled. Optimization methods and tools for graphical representation (Bond Graph, GIC and EMR) systems were presented. A survey and a literature review allowed us to evaluate the energy potential of the site and the needs of populations.- Chapter 3: This is the application of our tool on an isolated site identified in Senegal (MBoro / Mer). Optimization through the Annualized Cost of the System (ACS) objective function has allowed us to scale our system optimally. As the control system with Energetic Macroscopic Representation (EMR) has been designed.For further work should be considered a treatment of problems of availability of the system through monitoring and supervision of the system. The socio- economic component is also integrated in the future to meet the changing needs and habits of the population.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Contribution à la Modélisation d’un Système de Production d’Energie Electrique Hybride « Eolien – Photovoltaïque »

Pour de très nombreuses applications d’intérêt sensible et stratégique comme les relais de Télécommunication, les postes frontières, l’habitat isolé, les dispensaires, etc., hors réseau d’électricité conventionnelle, la disponibilité permanente de la source primaire d’énergie est vitale et conditionne dans une très large mesure, la fiabilité des installations et leur fonctionnement permanent. Les solutions technologiques classiques apportées par le stockage électrochimique conventionnel sont onéreuses, limitées techniquement en puissance et restreintes en capacité. Celles apportées par les groupes électrogènes, de part la nécessité d’approvisionnement en carburant et celle de leur maintenance, présentent des inconvénients liés le bruit, la pollution et surtout leur mauvais rendement à charge partielle. Les nouvelles solutions technologiques, apportées par les systèmes hybrides, même si elles ne sont pas encore économique compétitives, offrent par contre une sûreté élevée. Toutefois, à la vue de la nécessité du développement durable, ces solutions, avec l’appui de la volonté publique, peuvent être économiquement viables, à moyen et long terme. Le rôle d’un système hybride (éolien – photovoltaïque) de production d’électricité dans les régions isolées en voie de développement n’est pas seulement d’apporter « une puissance énergétique », mais un outil de développement social et économique des zones rurales. Le nombre de kilowattheures produit peut paraître insignifiant devant la capacité de production énergétique du pays, mais ces quelques dizaines ou centaines de kilowattheures peuvent ranimer tout l’espoir d’un village ou d’une communauté. Ainsi, le travail proposé porte une contribution à l’étude d’un système hybride (éolien – photovoltaïque) de production d’énergie électrique. De faire un constat de l’état de recherche dans le domaine de l’éolien – solaire en Algérie. A partir de ce constat, on propose l’introduction d’énergie recouvrable pour répondre aux besoins d’énergie. Le choix optimal d’un système éolien-photovoltaïque destiné à couvrir en totalité ou partiellement les besoins énergétiques d’un site. Le couplage sur le réseau électrique de transport HTB et le réseau basse tension de distribution. Augmentation des heures de fonctionnement

Conception optimale des moteurs à réluctance variable à commutation électronique pour la traction des véhicules électriques légers

Le domaine de la traction électrique a suscité un très grand intérêt dans les dernières années. La conception optimale de l'ensemble moteur électrique de traction onduleur doit prendre en compte une variété de critères et contraintes. Étant donnée la liaison entre la géométrie du moteur et la stratégie de commande de l'onduleur, l'optimisation de l'ensemble de traction doit prendre en considération, en même temps, les deux composants.L'objectif de la thèse est la conception d'un outil d'optimisation appliqué à un système de traction électrique légère qu'emploie un moteur à réluctance variable alimenté (MRVCE) par un onduleur triphasé en pont complet. Le MRVCE est modélisé en utilisant la technique par réseau de perméances. En même temps, la technique de commande électronique peut être facilement intégrée dans le modèle pour effectuer l'analyse dynamique du fonctionnement du moteur. L'outil d'optimisation réalisé utilise l'algorithme par essaim de particules, modifié pour résoudre des problèmes multi-objectif. Les objectifs sont liés à la qualité des caractéristiques de fonctionnement du moteur, en temps que les variables d'optimisation concernent la géométrie du moteur aussi que la technique de commande. Les performances de l'algorithme sont comparées avec ceux de l'algorithme génétique (NSGA-II) et d'une implémentation classique de l'algorithme par essaim de particules multi-objectif.Finalement, un prototype de moteur à réluctance variable est construit et le fonctionnement du MRVCE alimenté depuis l'onduleur triphasé en pont complet est implémenté et les outils de modélisation et d'optimisation sont validésThe interest for the electric traction applications has been growing in the last few years. The optimal design of the electric motor and of the inverter that powers it needs to consider a long list of restrictions and criteria. Because of the fact that the geometry of the motor and the switching strategy are closely linked, the optimization of the traction solution needs to consider both, at the same time.The objective of this thesis is the development of an optimization tool applied for the optimization of an electric traction solution that uses the switched reluctance motor (SRM) fed from a three phase full bridge inverter. The SRM is modeled using Permeance Network Analysis (PNA). The switching technique can be easily integrated in the model, which gives the possibility to run a dynamic analysis. The optimization tool created uses the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm, modified for multi-objective problems. The algorithms performances are compared with those of the Genetic Algorithm, using the NSGA-II multi-objective technique and with a classic version of multiple objective particle swarm optimizer (MOPSO).Finally, a SRM prototype is constructed and the drive solution using a full-bridge three phase inverter is implemented. The modeling and optimization tools are thus experimentally validatedVILLENEUVE D'ASCQ-ECLI (590092307) / SudocSudocFranceF

Optimisation Des Performances Du Réseau Électrique de Distribution Par Des Méthodes Évolutionnaires

Au cours les dernières décennies, les chercheurs se sont concentrés sur les réseaux de distribution et l‘écoulement de charge qui s'y produit. Cet intérêt est justifié par les forts courants de branches qui y circulent et qui sont la cause de fortes chutes de tensions et de pertes de puissance non négligeables qu’il s’agit de réduire. Le moyen le plus indiqué dans ce cas est le placement des sources d'énergie renouvelables distribuées "production décentralisée" (DG), "des batteries de condensateurs" (CB) pour lesquelles il faut trouver les puissances et les emplacements optimaux. À cette fin, on a proposé de nouveaux algorithmes méta-heuristiques (AEO, MFO et HBA), dans lesquels on détermine les emplacements probables des DG et des compensateurs afin de satisfaire la demande fluctuante de manière constante et instantanée tout en respectant les exigences technico- économiques pour la réduction des pertes de puissance, de minimisation des coûts d'exploitation et d'amélioration du profil de tension en respectant les contraintes d'égalité et d’inégalité. Une étude comparative de ces derniers a été menée pour déterminer le plus efficace d’entre eux

Méthodologie de la synthèse des systèmes énergétiques industriels

This work presents a synthesis method that leads to the preliminary design of industrial energy systems. Such systems are composed of several technologies that transform, through a set of physical unit operations, raw materials and energy into products and energy services. The purpose of the preliminary synthesis is to define which technologies form the system, to calculate their technical characteristics, their operating conditions and their interactions, based on performance indicators such as for example the cost of the system or its environmental impact. This area is studied since a long time and many synthesis approaches are available. However, these methods have significant limitations, particularly in their ability to face the study of more and more complex systems. The main goal of the method presented in this work is to enable the study of large systems and promote the use of the experience gained from previous studies in the form of models and methodological approaches. The synthesis method of industrial energy systems is based on the overall system optimization using a model that is obtained by assembling several modules, representing each a set of physical unit operations and whose equations are formulated with the black box technique, and an integration model that can represent the possible interactions within the system. Optimization is performed using a multi-objective evolutionary algorithm, whose objective functions are defined on the basis of calculation of several performance indicators based on the model of the system. To simplify the resolution of this complex system, the optimization problem is decomposed into a master problem, responsible for calculating the characteristics of the units and their operating conditions, and an optimization slave subproblem, which selects the units being part of the system and their interconnections. To ensure its robustness, the slave subproblem is formulated as a mixed-integer linear optimization problem. The slave subproblem is formulated by using process integration techniques, which are extended in this work to allow the synthesis of multiple heat and mass transfer networks. The synthesis problem can thus be defined using an explicit superstructure or by one generated automatically, either implicit or explicit. This work also introduces a technique that greatly reduces the number of degrees of freedom of the integration model. Instead of separately optimizing each ΔTmin/2 associated with heat streams, a formula is applied to calculate their value from a reference case. The ΔTmin/2 optimization is thus reduced to the optimization of a single decision variable related to the reference case, regardless of the size of the problem. The proposed method uses a set of heterogeneous elements, including flowsheeting software for modeling physical unit operations, mathematical programming tools for the formulation of the integration problem, methods for calculating performance indicators and calculation tools such as the optimization algorithm. This work introduces new tools developed to systematically apply the proposed methodology and to automate recurring operations of data transfer and the call of the various used software. In particular, a syntax description is defined as an abstraction layer to describe and to structure the exchanged information. A computing platform has been created to support the application of the method and to ensure the data transfer between its components. Two case studies are presented to illustrate the various aspects of the synthesis method. A first case, involving the synthesis of two combined cycles, has been chosen to illustrate the different application stages of the method and to show the potential reuse of certain modules. Through the integration techniques, it has been possible to identify potential heat recovery that can increase the performance of one of the cycles beyond what had been expected by experts using conventional simulation techniques. The second case study is about the treatment of waste generated by an industrial site active in the field of fine chemicals. Waste treatment can recover different materials and energy services useful for process units, thereby reducing the quantities purchased in the market. The model of multi-network integration can easily solve the complexity of the problem of waste management in developing strategies for allocating waste to the various treatments available for different objective functions related to operating costs and environmental impact