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RÉSUMÉ
Le courant alternatif triphasé (AC) comme le courant continu (DC) exige des réseaux de distribution un équilibre générateur-récepteur. Dans cet article, on cherche tout d'abord à maîtriser les régimes transitoires dans les réseaux AC ou DC en cas de dysfonctionnement, grâce à une conversion d'énergie statique. Ensuite, on suggère une nouvelle association par la création d'un réseau DC pour optimiser le transfert de puissance. Cette association trouvera un intérêt tout particulier en Bretagne où le réseau de distribution AC est fragile.
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Michel PINARD : Normalien, Professeur agrégé hors classe - Professeur au conservatoire national des arts et métiers et à l'ESIEE
INTRODUCTION
Qu'est-ce qu'un réseau électrique AC de puissance ? Un ensemble de lignes ou de câbles reliant un grand nombre de générateurs, généralement à courant alternatif triphasé à des récepteurs (ou charges) par l'intermédiaire de transformateurs ou de convertisseurs, car le transport exige l'utilisation de la haute tension.
L'arrivée des énergies renouvelables (éoliennes, hydroliennes, photovoltaïque…) et des convertisseurs de puissance (à transistors IGBT) incite les installateurs à utiliser le courant continu pour le transport de l'électricité. Cette nouvelle donne amène les électriciens à réfléchir sur l'opportunité de l'utilisation de réseaux à courant continu DC haute tension au côté des réseaux à courant alternatif. Cette approche est dénommée réseau HVDC (High Voltage Direct Current).
On s'intéresse ici aux régimes transitoires particuliers intervenant par exemple lors d'un court-circuit brutal sur un câble en courant AC en comparaison avec ceux du même câble en courant DC, soumis à la même tension. Ce qui nous mène à une étude des possibilités des transferts de puissance entre les deux réseaux, pour obtenir une association optimale.
Il est alors possible d'envisager l'implantation géographique de générateurs à courant continu (éoliennes, panneaux photovoltaïques, hydroliennes, batteries…) pour rendre effectivement cette association optimale. On présente des exemples déjà en service ou en prévision notamment de réseaux HVDC autour de la Méditerranée.
En fin d'article est abordé le sujet de la Bretagne, actuellement déficitaire en énergie, on y suggère la construction d'un nouveau réseau de courant continu exploitant les énergies renouvelables qui sont particulièrement variées dans cette région : vent, mer, lumière…
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5. Étude de l'installation d'un nouveau réseau DC en Bretagne
5.1 Première approche : on installe essentiellement des batteries d'accumulateurs
Les installations éoliennes, hydroliennes, ou de panneaux photovoltaïques produisent de l'énergie intermittente, difficile à gérer. Le stockage par batterie assure une réserve théoriquement disponible pour les consommateurs locaux dans tous les cas de figure. Cette approche suppose un investissement relativement réduit dans les énergies renouvelables, tout au moins dans un futur proche. Dans ce cas, le réseau 2 × 36 kV peut être réduit dans un premier tempsà une simple liaison Brest – Quimper dans le Finistère (voir le tracé B-Q de la figure 9).
Les batteries sont surtout rechargées par le réseau EDF/ERDF durant les heures creuses. Les sources d'énergie renouvelables ne servent alors que partiellement.
Le tableau 2 présente une estimation de l'installation de la ligne hors taxes. En pratique, ce sont les batteries qui demandent l'investissement le plus élevé. Ce qui montre la limite de ce type d'approche, qui ne peut être utilisée que pour une distance limitée, et là où les besoins sont importants et urgents.
La puissance maximale circulant sur la ligne en provenance du réseau 63 kV AC et 20 kV AC est de 800 MW. Cette puissance peut aussi être éventuellement fournie au réseau AC (partiellement).
Les sources génératrices consistent en un total de 40 × 10 = 400 MW pour le photovoltaïque et de 4 × 100 = 400 MW pour l'éolien. Ces deux types de sources sont complémentaires ; elles sont rarement génératrices en même temps. Il faut donc compter sur un appoint de 200 MW · h de batteries pour garantir une tension quasi-constante, surtout en basse tension 1 500 V, 600 V ou 120 V DC.
On a prévu une centaine d'onduleurs 400 V AC/1 500 V ou 600 V DC pour alimenter des systèmes qui exigent en permanence une alimentation locale triphasée 230 V/400 V – pour des particuliers ou de petites entreprises – quels que soient les aléas du réseau : systèmes informatiques, de sécurité, de contrôle financier…
L'investissement prévisible hors taxes est...
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Étude de l'installation d'un nouveau réseau DC en Bretagne
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DAHMANI (O.) - Évaluation de l'architecture optimale du réseau électrique d'un champ éolien offshore. - [nbsp ]
-
(2) - BERNARD (C.), SEBRAO-OLIVEIRA (C.), LAVAL (B.), VAUDOUER (C.) - Panneau photovoltaïque et algorithme MPPT à base de logique floue. - http://www.solar-fabrik.de/
-
(3) - FOCH (H.), MEYNARD (T.) - Les convertisseus statiques percées dans les applications – Révolution dans les architectures. -
-
(4) - DEFAY (F.) - Commande prédictive directe d'un convertisseur multicellulaire triphasé pour une application de filtrage actif. - Université de Toulouse, déc. 2008.
-
(5) - IEA International Energy Agency - Mini réseau PV pour électrification rurale. - Rapport AEI-PVPS T9-13:2013 CLUB-ER, Publication Thématique, juil. 2013.
-
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ANNEXES
LabVIEW National Instruments France : Acquisition de données ; contrôle-commande temps réel
MATLAB/SIMULINK/DSPACE Acquisition de données ; contrôle-commande temps réel
PSIM Copyright 2001-2012 Simulation de systèmes de puissance http://www.powersimtech.com/
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Câbles sous-marins
ABB's high voltage cable unit in
Sweden
Phone : +46 455 556 00
Fax : +46 455 556 55
E-Mail : [email protected] http://www.abb.com/cables
Réseau DC grid autour de l'Europe http://www.leonardo-energy.org/
ENEA Consulting
89, rue Réaumur 75002 Paris France [email protected]
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