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RÉSUMÉ
Cet article présente les réseaux électriques intelligents sous l'aspect de la mesure avec les technologies associées. Sont analysés d'une part les producteurs et gestionnaires du réseau et d'autre part le point de vue du consommateur. Le PMU et son rôle dans la surveillance et le contrôle du réseau électrique sont présentés tout comme les aspects normatifs, de qualité de l'énergie électrique, de synchronisation au GPS et de modélisation en temps réel de l'état du réseau. Le problème de la maîtrise de la demande d'énergie est abordé, ainsi que les rôles du compteur communicant, des énergies renouvelables et du véhicule électrique. L'efficacité de l'approche smart grid est discutée sur un fond de modèle économique et de maîtrise de l'empreinte écologique des activités humaines.
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Hervé NDILIMABAKA : Ingénieur de recherche, métrologie électrique basse fréquence - Laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE)
INTRODUCTION
Au cours des cent dernières années le réseau électrique a peu évolué. Le schéma de production, transport et distribution de l'énergie électrique est globalement resté le même : centralisé. La multiplication des usages de l'électricité, alliée aux nouvelles considérations environnementales (réduction de l'impact de nos activités) et sociétales (en termes d'ouverture à la concurrence du marché de l'électricité notamment) ont révélé les limites de cette approche. Le système est au bord de la saturation. De profondes mutations sont nécessaires.
Le déploiement des réseaux électriques intelligents (smart grids) offre la possibilité, à partir de technologies de l'information et de nouvelles infrastructures réseau (décentralisées), de contrôler à la fois la production, le transport et la distribution de l'énergie électrique. La surveillance en temps réel de l'état du réseau permet de connaître sa stabilité, la qualité de l'énergie fournie et planifier la gestion de son équilibre.
De nouvelles notions liées à ces nouvelles problématiques apparaissent : la demande d'énergie doit à tout moment correspondre à sa fourniture à partir des sources disponibles. Et le réseau doit être fiable, même en périodes de fortes charges, et rester robuste vis-à-vis de défauts.
Cependant, le succès de cette entreprise est tributaire des moyens de mesure pouvant être mis en œuvre sur le réseau. Cet article présente à la fois ces moyens de mesure (les principes physiques qui leur sont associés sont également décrits) pris individuellement, et les systèmes de surveillance et de contrôle à grande échelle. Le choix d'une technologie particulière doit être dicté par la qualité du résultat envisagé et l'information recherchée.
Enfin, les défis environnementaux posés par la raréfaction des sources d'énergie d'origine fossile et le dérèglement climatique ont généré une variété de défis avec l'intégration des énergies renouvelables dans le bilan énergétique global. Ces différents aspects y sont également évoqués. De la même manière, les perspectives d'une nouvelle économie engendrée par les programmes d'investissements massifs entrepris de par le monde sont explorées.
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MOTS-CLÉS
développement durable Réseaux électriques intelligents Energies renouvelables réseaux électrique Energie électrique Synchrophaseur Surveillance et contrôle du réseau en temps réel Planification du réseau
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Efficacité énergétique, maîtrise de la demande et contrôle de la charge
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3. Instrumentation et mesures pour les smart grids
Le but visé par un smart grid est d’utiliser les technologies numériques pour mesurer, contrôler et protéger un réseau électrique de manière à assurer la fiabilité et la sécurité de la fourniture en électricité. Dans un tel réseau l’intégration des EnR est de plus en plus importante.
3.1 Mesure de puissance pour les réseaux électriques intelligents
L’équilibre entre puissance disponible et demande de puissance peut être connu par l’étude des variations de la fréquence. Des changements transitoires sur le réseau, dus à une charge réelle ou réactive plus grande, d’importants transferts de puissance ou encore la perte de certaines centrales de production peuvent fragiliser cet équilibre, voire complètement le perturber. Sous certaines conditions, ces variations temporaires vont se transformer en oscillations instables et entraîner l’effondrement du réseau (blackout sur le réseau nord-américain à l’été 2003 ).
Afin de prévenir ces pannes de réseau, il est primordial de surveiller et réduire le niveau d’incertitude sur la mesure non seulement des variations de la fréquence, mais également celles de la puissance fournie. Une mesure précise de la puissance électrique permet aux consommateurs d’avoir un aperçu de leur consommation et de l’adapter aux répartitions horaires des tarifs de l’énergie électrique.
La problématique consiste donc à déterminer les technologies disponibles qui permettent d’adresser le plus efficacement possible ces défis.
Quatre technologies de base pour les capteurs permettent de déterminer la consommation d’énergie électrique :
-
les shunts résistifs ;
-
les bobines de type Rogowski ;
-
les capteurs à effet Hall ;
-
les transformateurs de courants.
Les capteurs de courant ont pour fonction principales de :
-
mesurer fidèlement (sans déformation) et suivant un facteur d’agrandissement ou d’abaissement, le courant qui les traverse ;
-
isoler...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Smart Grids and Renewables, A Guide for effective Deployment. - International Renewable Energy Agency, IRENA (2013).
-
(2) - HASSAN ALI (S.M.), ZUBERI (M.J.S.), TARIQ (M.A.), BAKER (D.), MOHIUDDIN (A.) - A study to incorporate renewable energy technologies into the power portfolio of Karachi, Pakistan. - Ren. And Sus. En. Rev. 47, pp. 14-22 (2015).
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(3) - Electricity. - International Energy outlook 2009, Chapter 5, http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/electricity.html (2009).
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(4) - CAMACHO (F.), SAMAD (T.), GARCIA-SANZ (M.), HISKENS (I.) - Control for Renewable Energy and Smart Grids. - The Impact of Control Technology, 2nd Ed., IEEE Control Systems Society (2011).
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(5) - POHEKAR (S.D.), RAMACHANDRAN (M.) - Application of multi-criteria decision making to sustainable energy planning – A review. - Ren. And Sus. En. Rev. 8, pp. 365-381 (2004).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Alstom, Challenges of electrical grids,
http://www.alstom.com/grid/about-us/understanding-electrical-grids/Challenges-of-electrical-grids/ (page consultée en Avril 2015).
Integrating the 19th and 21th centuries to bring smart electricity to the masses,
https://smartgridtech.wordpress.com/ (page consultée en Avril 2015).
The Climate action and renewable energy package, Europe's climate change opportunity, Available :
http://ec.europa.eu/ environment/climat/climate_action.htm
European Technology Platform SmartGrids Vision and Strategy for Europe’s Electricity Networks of the Future, EUR 22040, Available :
http://ec.europa.eu/research/energy/pdf/smartgrids_en.pdf.
European Commission, 2007. « Stractegic research agenda for Europe’s electricity networks of the future », available from :
http://ec.europa.eu/research/energy/eu/publications/index_en.cfm#results
http://www.smartgrid-metrology.eu/wp3_summary (page consultée en Avril 2015).
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