OPTIMIZATION OF INVESTMENTS IN GAS NETWORKS
OPTIMISATION DES INVESTISSEMENTS SUR LES RESEAUX DE GAZ
Résumé
The natural gas networks require very important investments to cope with a still growing demand and to satisfy the new regulatory constraints. The gas market deregulation imposed to the gas network operators, first, transparency rules of a natural monopoly to justify their costs and ultimately their tariffs, and, second, market fluidity objectives in order to facilitate access for competition to the end-users. These major investments are the main reasons for the use of optimization techniques aiming at reducing the costs. Due to the discrete choices (investment location, limited choice of additional capacities, timing) crossed with physical non linear constraints (flow/pressures relations in the pipe or operating ranges of compressors), the programs to solve are Large Mixed Non Linear Programs (MINLP). As these types of programs are known to be hard to solve exactly in polynomial times (NP-hard), advanced optimization methods have to be implemented to obtain realistic results. The objectives of this thesis are threefold. First, one states several investment problems modeling of natural gas networks from industrial world motivations. Second, one identifies the most suitable methods and algorithms to the formulated problems. Third, one exposes the main advantages and drawbacks of these methods with the help of numerical applications on real cases.
Les réseaux de transport de gaz naturel nécessitent des investissements très importants pour faire face à une demande toujours croissante en énergie et pour satisfaire des contraintes réglementaires de plus en plus importantes. En effet, la libéralisation des marchés gaziers a imposé aux opérateurs de transport de gaz, d'une part, des règles de transparence d'un monopole naturel pour justifier leurs dépenses et, in fine, leurs tarifs, et, d'autre part, des objectifs de fluidification du marché afin de faciliter l'accès à la concurrence des clients finaux. Ces investissements majeurs justifient l'utilisation de techniques d'optimisation permettant de réduire leurs coûts. Au vue de la présence de choix discrets en combinaison avec des contraintes physiques non linéaires, les programmes à résoudre sont des programmes d'optimisation non linéaires en nombres entiers (PNLNE) de grandes tailles. Ce type de programmes étant connu pour être particulièrement difficile à résoudre en temps polynomial (NP-difficile), des méthodes avancées d'optimisation doivent être mises en œuvre pour obtenir des réponses réalistes. Les objectifs de cette thèse sont au nombre de trois. Il s'agit d'abord de proposer une modélisation des problèmes d'investissement dans les réseaux de transport de gaz à partir des motivations du monde industriel. Il s'agit ensuite d'identifier les méthodes et algorithmes les plus adéquats pour résoudre les problèmes ainsi formulés. Il s'agit enfin d'évaluer les avantages et les inconvénients de ces méthodes à l'aide d'applications numériques sur des cas réels.
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