Transport d ’énergie électrique

1. ELEC 2753 Electrotechnique Transport d ’énergie électrique Repris de H. BUYSE

2. Plan du chapitre • Transport d’énergie électrique • Organisation du transport et de la distribution • Réseau THT et HT, types de lignes • Capacité de transport d’une ligne • Augmentation de la capacité de transport du réseau • Lignes aériennes • Câbles isolés • Flexibles AC Transmission Systems (FACTS)

3. Pertes par effet Joule

4. Il ne faut pas en conclure que le triphasé est plus intéressant pour le transport de l’énergie que le monophasé parce qu’il faut aussi tenir compte de l’augmentation du coût due au plus grand nombre de conducteurs et d’isolateurs. Pour une même puissance transportée, de mêmes pertes Joule et une même tension entre les conducteurs et la terre, le triphasé et le monophasé symétrique (biphasé !) conduisent à la même section totale des conducteurs. Dans la formule monophasée, remplaçons E par 2 Eph : De même, dans la formule triphasée, remplaçons EL par

5. Dans les deux cas, on peut écrire, n étant le nombre de phases et S la section d’un conducteur : La section totale n S ne dépend donc pas du nombre de phases. Ceci n’est vrai que pour des systèmes équilibrés sans ligne de neutre ! On retiendra que, proportionnellement, les pertes sont plus faibles si la tension de travail de la ligne est plus élevée et que le cos j est proche de l’unité.

6. Organisation du transport et de la distribution d’énergie électrique Doc. Electrabel

7. Organisation du transport et de la distribution d’énergie électrique

8. Réseau belge à THT (380 kV) (1998) Doc. Electrabel

9. Réseau belge à THT

10. Insertion dans le réseau européen

11. A B L P E F I CH D GR NL SLO/HR JUEL-EKC 16 028 13 997 1 332 8 134 46 653 109 622 68 836 15 557 104 738 8 444 14 590 5 624 10 590 NL B D L A F CH YU I P E GR Europe : puissances interconnectées (MW) Doc. Electrabel

12. Organisation du transport en Belgique

13. Paramètres d’une ligne

14. Liaison entre lignes DC et AC Lorsque l’on doit utiliser une liaison par câble sur une longue distance, on a intérêt à faire cette liaison en courant continu. • Exemples : • éoliennes off-shore, d’autant plus que la génératrice peut ainsi fonctionner à une fréquence quelconque, ce qui rend plus facile la vitesse variable ; • liaisons sous-marines

15. Distance des lignes aériennes aux obstacles

16. Supports de lignes aériennes THT

17. Câbles isolés

18. Puissance transmise par une ligne résistive

19. Puissance transmise par une ligne inductive

20. Puissance transmise par une ligne inductive(avec réglage capacitif de la tension en bout de ligne) La chute de tension peut être compensée en agissant sur la valeur de XC . La tension de la charge vaut en effet

21. En module, ER est donc maximum si XC = X. Si RC > X , on peut même relever la tension au-delà de ES . Donc, si on le souhaite, on peut ajuster ER = ES pourvu que RC soit inférieur ou égal à X . Dans ce cas, on a La puissance est maximum pour f = 45°.

22. La puissance est maximum pour f = 45°. On a alors IC = IR , donc XC = R . De plus, on a La puissance est maximum quand on est à la limite de la plage de variation de R qui permet le maintien de la tension de la charge à une valeur égale à ES .

23. Si on a R < X , on peut seulement choisir XC = X de façon à rendre ER maximum, mais il restera inférieur à ES , à savoir Dans ce cas, la puissance transmise vaut On suit donc dans le diagramme ER –PC une droite reliant l’origine au point à puissance maximale.

24. Possibilité de régler la production d’énergie réactive par électronique de puissance

25. Puissance transmise par une ligne inductive(entre deux sources de tension)

26. Puissance transférée par ligne inductive entre deux sources de tension égales

27. Comparaison des puissances transmissibles

28. Capacité de transport d’une ligne • La puissance maximale qu’une ligne peut transporter est proportionnelle au carré de la tension de ligne. • La puissance maximale qu’une ligne peut transporter est inversement proportionnelle à son impédance, donc à sa longueur. • La chute de tension dans une ligne inductive peut être compensée par la connexion de condensateurs. • Dans le cas d’une ligne inductive (modèle applicable aux lignes aériennes de longueur modérée), la puissance transportée est proportionnelle au sinus de l’angle de déphasage entre les tensions aux extrémités de la ligne. Ce déphasage ne peut s’approcher de 90° sous peine d’instabilité. • Les pertes par effet Joule entraînées par la circulation du courant dans la résistance des lignes doivent être limitées en raison : • du coût de l’énergie perdue, • de l’élévation de température des conducteurs due à la dissipation de chaleur.

29. Topologies du réseau à haute tension

30. Augmentation de la capacité de transport du réseauI. Lignes aériennes • Amélioration de leur disponibilité, • Augmentation de la capacité de transport • Tmax = 75°C (RGIE) + 1°C – augmentation de flèche de • 1.5 cm pour le cuivre • 3.5 cm pour Al-acier • 5 cm pour AMS (Almelec) • Utilisation de conducteurs à faible résistivité et coefficient de dilatation en vue de relever la température maximale : Tmax = 90°C (Japon : 160 – 230°C) • Nouveaux alliages d’aluminium • Câbles aluminium-invar • Câbles aluminium – fibres de carbone • Utilisation de la capacité de surcharge transitoire. • Constante de temps faible pour les conducteurs aériens (quelques minutes) • Monitoring en temps réel • Peu d’action sur la réactance des lignes

31. Propriétés des matériaux constituant les conducteurs des lignes aériennes

32. Augmentation de la capacité de transport du réseauII. Câbles isolés • Nature del’isolant • PVC jusqu’à 6 kV • PRC ou XPLE en THT et HT (remplace l’huile fluide) • Importance du courant capacitif, longueur critique pour un rendement de 95% • 150 kV (PRC ou XPLE) – 70 km • 380 kV (PRC ou XPLE) – 30 à 40 km • Caractère critique de la température maximale (XPLE) • Service : 90°C • Court-circuit : 250°C • Constante de temps thermique t élevée : qq 10 heures • Pertes ohmiques réduites (faible densité de courant), réactance réduite • Coût de construction : environ 10 x celui d’une ligne aérienne • Solutions prospectives • Lignes à isolation gazeuse (N2 , SF6) • Supraconducteurs

33. Augmentation de la capacité de transport du réseauIII. FACTS (Flexibles AC Transmissions Systems) • FACTS à thyristors • Compensateurs en parallèle • TCR Thyristor Controlled Reactor • TSC Thyristor Switched Capacitor • Compensateurs en série • TSSC Thyristor Switched Series Capacitor • TCSC Thyristor Controlled Series Compensator (circuit L-C) • Transfo. Déphaseur • TCPAR Thyristor Controlled Phase Angle Regulator • FACTS à GTO ou IGBT commandés en Modulation de Largeur d’Impulsion • Onduleurs (de tension ou de courant) commandés en tension ou en courant • STATCOM synchronous STAtic COMpensator (compensation parallèle par source de courant) • SSSC Static Synchronous Series Compensator (compensation série par source de tension) • UPFC Unified Power Flow Controller (compensation série et parallèle) • Filtres actifs

34. Quelques défis supplémentaires • Influence des groupes de production décentralisés • Sur la stabilité du réseau (sources fluctuantes : éoliennes et champs photovoltaïques). Les maintenir même en cas de difficulté du réseau ! • Sur la sécurité du réseau. Comment mettre un tronçon hors tension ? • Sur la qualité de la tension. Comment inciter les petits producteurs à lisser leur production (puissance non optimale, stockage local d’énergie) ? Facturer le transport de façon rationnelle ? • Maintien de la qualité de la tension • Compte tenu des sources nouvelles • Compte tenu des charges nouvelles