Polycopie Cours Naama
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LA PRODUCTION DECENTRALISEE
Présenté par :
I-2-1-Réseau maillé....................................................................................................... 05
I-2-2-Réseau bouclé....................................................................................................... 05
I-2-3-Réseau radial.............................................................................................................. 06
I-2-4-Réseau arborescent..................................................................................................... 06
II-3-1-1-La cogénération............................................................................................... 15
II-3-1-2- Les énergies non renouvelables..................................................................... 16
i
TABLE DES MATIERES
B) L’énergie éolienne......................................................................................... 20
C) L’énergie biomasse............................................................................................ 22
D) L’énergie géothermique...................................................................................... 22
E) L’énergie hydraulique......................................................................................... 26
CONCLUSION ............................................................................................................ 38
BIBLIOGRAPHIE ...................................................................................................... 39
ii
AVANT-PROPOS
AVANT-PROPOS
Dans le monde, il existe différentes sources d’énergies utilisables afin de pouvoir répondre
aux nombreuses demandes de la population mondiale, qui elle, augmente de jours en jours.
Ces demandes énergétiques concernent les transports, le chauffage, ainsi que l’utilisation du
téléphone ou même de la télévision. Cette utilisation de l'énergie a permis une amélioration
du niveau de vie des populations des pays développés.
Dans ces différentes sources d’énergies, deux sortes se distinguent : les énergies dites non
renouvelables et les énergies dites renouvelables. Ces énergies existent sous différentes
formes. Elles peuvent être liquides ou gazeuse.
INTRODUCTION GENERALE
1
INTRODUCTION GENERALE
leur puissance est limitée et leur installation se situe majoritairement dans le réseau de
distribution (la limite actuelle pour les raccordements HTA est de 12MW), ces producteurs
sont généralement désignés sous le terme de "Génération d’Energie Dispersée" ou GED.
Il est prévu que l'insertion de la production décentralisée soit dans un avenir proche de plus en
plus important. Plus le taux de pénétration des GED sera significatif, plus son influence sera
particulièrement conséquente car ces moyens de production contribuent à davantage
d'incertitudes et d'aléas et rendent le réseau plus fragile à cause de leur sensibilité.
En premier lieu, nous présentons une généralité sur les réseaux électriques, la structure et
l’architecture des réseaux de distribution. En second lieu, nous démontrerons les différentes
sources d’énergies -les énergies dites non renouvelables et les énergies dites renouvelables-et
la production décentralisée avec les différents impacts, et pour finir, nous parlerons sur les
réseaux électriques intelligents du future et les Maisons intelligentes.
2
GENERALITES SUR LES RESEAUX ELECTRIQUES
En effet, les réseaux électriques sont traditionnellement exploités d'une manière centralisée.
Ainsi, la plus grande partie de la production électrique est centrée autour de centrales à grande
capacité de production (type centrales hydrauliques, thermiques, nucléaires). Cette production
est souvent liée à des emplacements géographiques adéquats (sources d'eau, impératifs
techniques, ...). L'énergie est ensuite acheminée vers les grands centres de consommation à
travers un réseau de lignes aériennes et de câbles, souvent à de grandes distances et à des
niveaux de tension plus au moins importants. Cette structure a été construite sur des bases
économiques, de sécurité du système et de qualité de fourniture de l'énergie.
I-1-1-Production
La production qui sert à produire l’énergie électrique grâce à des turbo-alternateurs
qui transforme l’énergie mécanique des turbines en énergie électrique à partir d’une
source primaire (gaz, pétrole, hydraulique...). Les sources primaires varient d’un pays à
l’autre, exemple en Algérie le gaz naturel couvre plus de 70% de la production, en
France, 75% d’électricité est d’origine nucléaire. En générale, chaque source de
production (centrale électrique) regroupe plusieurs groupes turbo-alternateurs pour
assurer la disponibilité pendant les périodes de maintenance.
Par ailleurs, on trouve dans les pays industrialisés des puissances installées de plus en
3
GENERALITES SUR LES RESEAUX ELECTRIQUES
plus élevées pour répondre à la demande croissante en énergie électrique, exemple la
central nucléaire de Gravelines en France 6 × 900 MW, la central hydro- électrique des
Trois-Gorges en Chine 34 × 700 MW et 2 × 50 MW (devenue la plus grande central
dans le monde en 2014).
I-1-2-Transport
Un alternateur produit la puissance électrique sous moyenne tension (12 à 15 kV), et
elle est injectée dans le réseau de transport à travers des postes de transformation pour
être transmise sous haute ou très tension afin de réduire les pertes dans les lignes. Le
niveau de la tension de transport varie selon les distances et les puissances
transportées, plus les distances sont grandes plus la tension doit être élevée, la même
chose pour la puissance. Par exemple, le réseau de transport en Algérie utilise une
tension de 220 kV (voir 400 kV pour certaines lignes dans le sud notamment), le réseau
européen utilise 400 kV, et le réseau nord-américain 735 kV.
I-1-3-Répartition
Le réseau de répartition prend sa source dans le réseau de transport à partir des poste
d’interconnexion THT/HT(MT) et sert fournir les gros consommateurs industriels
sous haute ou moyenne tension, et à ré- partir les puissances dans différentes régions
rurales ou urbaines. Ce type de réseau utilise des typiques 60 et 30 kV.
I-1-4-Distribution
La distribution sert à alimenter les consommateurs en moyenne ou en basse tension
(typiquement 400V), grâce à des postes de transformation MT/BT.
4
GENERALITES SUR LES RESEAUX ELECTRIQUES
Les topologies diffèrent d’un type de réseau à un autre. Cette topologie est dictée par :
le niveau fiabilité recherché, la flexibilité et la maintenance, ainsi que les coûts
d’investissement et d’exploitation [1,2]. Les différentes topologies qu’on trouve
usuellement sont illustrées sur la Figure 2.
I-2-1-Réseau maillé
Cette topologie est presque la norme pour les réseaux de transport. Tous les centres
de production sont liés entre eux par des lignes THT au niveau des postes
d’interconnexion, ce qui forme un maillage. Cette structure permet une meilleure
fiabilité mais nécessite une surveillance à l’échelle nationale.
I-2-2-Réseau bouclé
Cette topologie est surtout utilisée dans les réseaux de répartition et distribution MT.
Les postes de répartition HT ou MT alimentés à partir du réseau THT sont reliés entre
5
GENERALITES SUR LES RESEAUX ELECTRIQUES
eux pour former des boucles, ceci dans le but d’augmenter la disponibilité. Cependant,
il faut noter que les réseaux MT ne sont pas forcément bouclés.
I-2-3-Réseau radial
C’est une topologie simple qu’on trouve usuellement dans la distribution MT et BT.
Elle est composée d’une ligne alimentée par des postes de distribution MT ou BT
alimentés au départ par un poste source HT ou MT. En moyenne tension cette
structure est souvent alimentée des deux côtés afin d’assurer la disponibilité.
I-2-4-Réseau arborescent
Cette structure est très utilisée en milieu rural et quelque fois en milieu urbain où la
charge n’est pas très sensible aux interruptions. Elle est constituée d’un poste de
répartition qui alimente plusieurs postes de distribution (BT) grâce à des piquages à
différents niveaux des lignes alimentant les postes MT/BT.
(a) (b)
(c) (d)
6
GENERALITES SUR LES RESEAUX ELECTRIQUES
organisée la configuration de la topologie du réseau, et c’est aussi un point de
surveillance de contrôle et de protection [4].
Un poste électrique est un ensemble d’appareillage arrangé de sorte à :
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GENERALITES SUR LES RESEAUX ELECTRIQUES
Poste à couplage de barres où les jeux de barres couplent en eux les différents
départs ;
Poste à couplage de disjoncteurs où les disjoncteurs couplent entre eux les
différents départs.
jdb jdb
D1 D2 D3
D1 D2 D3 S
F1 F2 F3 F1 F2
8
GENERALITES SUR LES RESEAUX ELECTRIQUES
SL
jdb
(Bus)
F1 F2 F3 F4
9
GENERALITES SUR LES RESEAUX ELECTRIQUES
La Figure 3 montre la différence entre ces deux familles de postes. De point de vue
fiabilité, on peut remarquer qu’un défaut sur le départ F1 par exemple nécessitera
l’ouverture du disjoncteur D1 pour l’architecture à couplage de barre, alors que pour
l’autre architecture il faudra ouvrir D1 et D2 pour isoler le départ en défaut.
Cependant, en cas de maintenance de disjoncteur D1 le départ est F1 est condamné
pour l’architecture à couplage de barre, mais peut rester en service grâce à D2 pour
l’architecture à couplage de disjoncteurs. Donc, à la lumière de cette exemple, on
peut dire que l’architecture à couplage de disjoncteur est plus fiable, cependant de
point de vue coût, il est évident qu’elle revient plus chère du fait qu’il nécessite plus
de disjoncteurs pour protéger le même nombre de départ (exemple : trois
disjoncteurs pour trois départs dans une architecture à couplage de barres, le
même nombre de disjoncteurs pour deux départs pour une architecture à couplage
de disjoncteurs.).
I-3-4-Postes de distribution BT
Les postes de distribution basse tension (MT/BT) sont relativement plus simples. En
termes de puissance, ce sont des postes qui ne dépassent pas 10 MW. Selon leurs
puissances ils peuvent être soit mis sur poteaux (en zones rural surtout ou semi
urbaine) soit dans des cellules maçonnés (zone urbaine). La Figure 5 montre deux
schémas de poste de distribution BT ;
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GENERALITES SUR LES RESEAUX ELECTRIQUES
Fusible Fusible
BT
BT
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PRODUCTION DECENTRALISEE
II-1- Définition
La production décentralisée ou dispersée se définit par opposition à la production classique,
par unités de grosses puissances raccordées au réseau HT, dont la localisation et la puissance
ont fait l’objet d’une planification, et qui sont commandées de manière centralisée pour
participer au contrôle de la fréquence et de la tension, et assurer un fonctionnement fiable et
économique de l'ensemble du réseau. Ces unités centralisées sont dites « dispatchables » [5].
Par rapport aux unités classiques, les unités décentralisées sont caractérisées par des
puissances ne dépassant pas 50 à 100 MW, ne sont pas planifiées de manière centralisée, ni
actuellement coordonnées, elles sont généralement raccordées au réseau de distribution (<15
MW) et ne sont pas non plus actuellement destinées à assurer des services systèmes.
Cette production décentralisée se développe dans tous les pays, sur base d’unités de
cogénération, d’énergies renouvelables ou de production traditionnelle, installées par des
producteurs indépendants [6].
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PRODUCTION DECENTRALISEE
La production décentralisée a donc inévitablement un impact plus ou moins important sur les
réseaux aux plans suivants : topologie ou conception, dimensionnement, gestion
prévisionnelle, exploitation en temps réel.
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PRODUCTION DECENTRALISEE
Vent
La production d'électricité est tout simplement une conversion, une transformation d’énergie
mécanique (liée au mouvement) en énergie électrique.
Dans les centrales, l'énergie mécanique est convertie en énergie électrique mais à plus grande
échelle. On peut convertir également de l'énergie thermique, hydraulique ou encore éolienne
en énergie électrique.
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PRODUCTION DECENTRALISEE
L’électricité est un facteur essentiel au développement économique, dans tous les pays du
monde. Son importance relative s’accroit avec les progrès techniques, l’industrialisation et le
besoin de confort moderne. L’augmentation de sa production est synonyme de sa qualité de
vie et de création de richesse. La production d’électricité ramène au nombre d’habitants, est
donc un bon indicateur permettant de mesurer les écarts de développent entre les différentes
régions du monde.
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PRODUCTION DECENTRALISEE
L’énergie éolienne est produite par la force du vent qui fait tourner les pales d’une éolienne.
L’énergie dite mécanique est convertie en énergie électrique par une génératrice. La quantité
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PRODUCTION DECENTRALISEE
L’énergie hydraulique est produite par la force de l’eau. Elle est exploitée grâce aux retenues
d’eau des barrages, ou encore avec des centrales au fil de l’eau. L’hydraulique océanique,
également appelée thalasso-énergie, connaît une croissance importante.
A) L’énergie solaire
L'énergie solaire photovoltaïque désigne l'électricité produite par transformation d'une partie
du rayonnement solaire avec une cellule photovoltaïque. Plusieurs cellules sont reliées entre
elles et forment un panneau solaire (ou module) photovoltaïque. Plusieurs modules qui sont
regroupés dans une centrale solaire photovoltaïque sont appelés champ photovoltaïque. Le
terme photovoltaïque peut désigner soit le phénomène physique - l'effet photovoltaïque - ou la
technologie associée.
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PRODUCTION DECENTRALISEE
La première cellule photovoltaïque (ou photopile) a été développée aux États-Unis en 1954
par les chercheurs des laboratoires Bell, qui ont découvert que la photosensibilité du silicium
pouvait être augmentée en ajoutant des "impuretés". C'est une technique appelée le "dopage"
qui est utilisée pour tous les semi-conducteurs.
Le silicium est actuellement le matériau le plus utilisé pour fabriquer les cellules
photovoltaïques disponibles à un niveau industriel. Le silicium est fabriqué à partir de sable
quartzeux (dioxyde de silicium). Celui-ci est chauffé dans un four électrique à une
température de 1700 °C. Divers traitements du sable permettent de purifier le silicium. Le
produit obtenu est un silicium dit métallurgique, pur à 98% seulement.
Bloc de silicium
Figure 8 – le silicium
Ce silicium est ensuite purifié chimiquement et aboutit au silicium de qualité électronique qui
se présente sous forme liquide, puis coulé sous forme de lingot suivant le processus pour la
cristallisation du silicium, et découpé sous forme de fines plaquettes (wafers). Par la suite, ce
silicium pur va être enrichi en éléments dopants (P, As, Sb ou B) lors de l'étape de dopage,
afin de pouvoir le transformer en semi-conducteur de type P ou N. La diffusion d’éléments
dopants (bore, phosphore) modifie l’équilibre électronique de ces plaquettes (wafers), ce qui
les transforme en cellules sensibles à la lumière.
La production des cellules photovoltaïques nécessite de l'énergie, et on estime qu'une cellule
photovoltaïque doit fonctionner pendant plus de deux ans pour produire l'énergie qui a été
nécessaire à sa fabrication.
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PRODUCTION DECENTRALISEE
L’effet photovoltaïque utilisé dans les cellules solaires permet de convertir directement
l’énergie lumineuse des rayons solaires en électricité par le biais de la production et du
transport dans un matériau semi-conducteur de charges électriques positives et négatives sous
l’effet de la lumière. Ce matériau comporte deux parties, l’une présentant un excès d’électrons
et l’autre un déficit en électrons, dites respectivement dopée de type n et dopée de type p.
Lorsque la première est mise en contact avec la seconde, les électrons en excès dans le
matériau n diffusent dans le matériau p. La zone initialement dopée n devient chargée
positivement, et la zone initialement dopée p chargée négativement. Il se crée donc entre elles
un champ électrique qui tend à repousser les électrons dans la zone n et les trous vers la zone
p. Une jonction PN a été formée.
Lorsqu’un matériau est exposé à la lumière du soleil, les atomes exposés au rayonnement sont
" bombardés " par les photons constituant la lumière ; sous l’action de ce bombardement, les
électrons des couches électroniques supérieures (appelés électrons des couches de valence)
ont tendance à être " arrachés / décrochés " : si l’électron revient à son état initial, l’agitation
de l’électron se traduit par un échauffement du matériau. L’énergie cinétique du photon est
transformée en énergie thermique.
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PRODUCTION DECENTRALISEE
B) L’énergie éolienne
Une éolienne est une machine permettant de convertir l’énergie cinétique du vent en énergie
mécanique de type éolienne. Cette énergie mécanique éolienne a été utilisée au cours des âges
pour pomper l’eau ou moudre le grain [8].
Les machines actuelles sont utilisées pour produire de l’électricité de type éolienne qui est
consommée localement (sites isolés), ou injectée sur le réseau électrique (éoliennes
connectées au réseau).
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PRODUCTION DECENTRALISEE
Dans les éoliennes destinées à produire de l’électricité, l’hélice fait tourner un générateur
électrique situé en haut de la tour, dans le prolongement de l’axe de l’hélice de l’éolienne.
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PRODUCTION DECENTRALISEE
C) L’énergie biomasse
Une centrale électrique à biomasse produit de l'électricité et de la chaleur par combustion de
la biomasse dans une chaudière. Les types les plus communs de chaudières sont des
chaudières à eau chaude et des chaudières à vapeur.
La biomasse permet en général de réduire les émissions de CO2 de plus de 80 %.
La production, le traitement et le transport de la biomasse génèrent des émissions de CO2
dans la chaîne d'approvisionnement. La production d'électricité par la biomasse produit des
gaz de combustion qui doivent être nettoyés avant d'être émis dans l'atmosphère. Ceci est fait
en utilisant des techniques bien établies telles que le lavage des gaz de combustion et les
filtres à particules.
D) L’énergie géothermique
Le principe de la géothermie consiste à puiser dans une nappe phréatique ou le plus souvent à
prélever l’énergie gratuite contenue dans le sol pour chauffer une habitation, cette énergie est
constamment renouvelée par la nature, le soleil, le vent, la pluie. C'est donc une énergie
renouvelable.
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PRODUCTION DECENTRALISEE
Ce transfert d’énergie de l’extérieur vers l’intérieur est assuré par deux échangeurs (1,2) et un
générateur (3) :
1) L’évaporateur est un échangeur de chaleur qui préleve l’énergie dans le sol celui-ci est
soit constitué de tuyaux en PEHD (tuyauterie souple) ou circule un fluide caloporteur
(eau glycolée) formant une nappe horizontale soit par un forage intégrant un
échangeur vertical ou encore en prélevant la chaleur de l’eau directement dans une
nappe phréatique.
Le milieu où l’on prélève l’énergie est appelée la source froide.
2) Le condenseur restitue cette énergie souvent par un chauffage au sol c’est-à-dire des
tuyaux intégrés dans une Chappe avant carrelage ou de ventilo-convecteurs (air pulsé),
ou encore des radiateurs basse température. Le milieu où l’on restitue l’énergie est
appelée la source chaude.
3) Ce transfert d’énergie est possible grâce à un générateur de type pompe à chaleur.
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PRODUCTION DECENTRALISEE
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PRODUCTION DECENTRALISEE
plusieurs dizaines de centimètres. Cet écartement est important pour que le sol ne gèle pas et
qu’il puisse se régénérer plus facilement.
Le sol doit être naturellement perméable pour faciliter les échanges thermiques, dans les sols
argileux les capteurs doivent être posés sur un lit de sable.
Les capteurs peuvent être recouverts d’une pelouse, d’un jardin, mais aucun arbre à proximité
car les racines pourraient abîmer les tubes.
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PRODUCTION DECENTRALISEE
E) L’énergie hydraulique
Les centrales hydrauliques fonctionnent grâce à l’énergie potentielle de pesanteur de l’eau des
rivières, des lacs ou des fleuves. La puissance produite dépend de la chute et du débit d’eau.
Pour la production décentralisée, des microcentrales hydrauliques sont employées avec un
ordre de grandeur de puissance de 5MW. Ce type de production présente comme avantages la
gratuité de l’énergie primaire et la production électrique. Les inconvénients principaux sont le
prix élevé de l’investissement initial.
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PRODUCTION DECENTRALISEE
Selon le nombre d'éléments mis en série et/ou en parallèle, la puissance électrique est plus ou
moins importante. Ce moyen de production, comme le photovoltaïque, nécessite un onduleur.
Il existe trois technologies différentes qui permettent de produire de l'électricité. De plus, de la
cogénération peut être réalisée avec les effluents de la pile.
La PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell) est la technologie mature (la seule à être au stade
commercial). Elle semble néanmoins avoir trop d'inconvénients pour s'imposer (pureté du
combustible, corrosion). La SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) n'est pas encore au point mais fait
l'objet de recherches intensives, notamment aux Etats-Unis. La MCFC (Molten Carbonate
Fuel Cell) comporte de nombreux écueils techniques (corrosion) mais fait l'objet d'un
développement soutenu au Japon (public et privé) car en matière de rendement, c'est la plus
performante.
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PRODUCTION DECENTRALISEE
apportent en aval des protections, et de l'inversion possible des flux de puissance active sur
certaines lignes, ainsi que de la diminution du temps d'élimination critique de défauts.
L es GED fournissent de l'énergie près des points de consommation, diminuant ainsi les
transits de puissance active et donc les pertes en ligne sur le réseau de transport, mais sont
pénalisantes du point de vue de l'exploitation des réseaux de distribution pour les raisons
citées plus haut ajoutées aux risques d'oscillations de puissance active et leur corollaire qui est
une stabilité dégradée.
Une partie de ces GED à, de plus, des sources d’énergie primaire intermittente (éolienne,
solaire) qui ne permettent pas de prévoir aisément la production disponible à court terme.
Elles ne peuvent donc pas garantir une puissance de sortie et proposer toute la puissance
disponible sur le marché. D'autre part, ces nombreuses sources sont trop petites pour être
observables et dispatchables par les gestionnaires de réseaux de distribution et ne participent
donc pas, aujourd'hui, aux services système. Cela peut poser des problèmes en cas de fort taux
de pénétration si les moyens de réglage classiques de la distribution deviennent inaptes à
assurer la tenue en tension. Cela peut contraindre par exemple les gestionnaires de réseaux à
engager des investissements non prévus initialement.
Une partie de ces GED produisant par construction du courant continu (pile à combustible,
panneau solaire) doit être raccordée au réseau par l'intermédiaire d'interfaces d'électronique de
puissance, injectant ainsi des harmoniques nuisibles à la qualité de la tension délivrée.
Enfin, la présence de GED en aval d'un poste source dont le transformateur est équipé d'un
régleur en charge régulé par compoundage perturbe son fonctionnement base sur la mesure du
courant absorbé. En effet, la production de puissance par les GED réduit le courant traversant
le transformateur, provoquant une action du régleur en charge et diminuant ainsi la tension au
niveau du poste source [2,15,16].
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PRODUCTION DECENTRALISEE
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PRODUCTION DECENTRALISEE
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PRODUCTION DECENTRALISEE
Considérons le schéma de la figure 7 d’alimentation par une sous station du réseau d’une
charge par la liaison 2 et la connexion à la sous station par la liaison 1 d’une unité de
production décentralisée. Ces deux liaisons sont chacune protégées par un disjoncteur contre
les surintensités (protection ampère métrique) comme c’est l’usage. En effet, tout défaut
survenant sur un départ MT doit être éliminé par ouverture du disjoncteur de départ. Dans cet
exemple extrêmement simple le disjoncteur de la ligne 1 peut débrancher intempestivement
cette ligne en cas de défaut sur la ligne 2, car le courant du générateur lors de ce défaut peut
être supérieur au seuil de protection. Ceci pour autant que la puissance des unités de
production décentralisée soit importante et arrivera d’autant plus que le défaut soit proche du
poste. La sélectivité de la protection est ainsi mise en défaut. Les seuils de protection doivent
donc être revus pour que seule la ligne en défaut soit déconnecté.
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PRODUCTION DECENTRALISEE
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PRODUCTION DECENTRALISEE
Dans ce cas il faudra attendre que la centrale se déconnecte par les relais minimums de
tension entre phases de sa protection de découplage pour que la protection au poste source
retrouve sa sensibilité. L’élimination des défauts est donc retardée de la temporisation du
relais à minimum, de tension (1 à 1.5 s). Pour s’affranchir de ce problème, le raccordement du
producteur sur un autre départ de caractéristique différente ou sur un départ dédié constitue la
solution.
III-7-1- Généralités
Le raccordement aux réseaux de distribution (MT) d’unités de production décentralisées doit
respecter certaines contraintes techniques et impose généralement des aménagements dans le
réseau pour assurer un fonctionnement correct de ce dernier, en particulier dans les réseaux de
distribution qui n’ont pas été à l’origine conçus et développés pour accueillir des unités de
production. Des précautions quant à l’insertion de GED sur les départs de réseaux de
distribution sont ainsi à prévoir par des règles de raccordement afin de conserver le bon
déroulement du fonctionnement du réseau. Ces règles sont des prescriptions techniques de
conception et de fonctionnement : la protection, la puissance d’installation, la perturbation et
la fréquence, tension.... [3]
Ces règles, actuellement en vigueur, sont prévues pour garantir le bon fonctionnement du
réseau de distribution tel qu’il est actuellement. Si les réseaux de distribution évoluent vers
d’autres architectures et d’autres modes d’exploitation, ces règles sont susceptibles d’être
modifiées [3].
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PRODUCTION DECENTRALISEE
Le concept actuel des réseaux de distribution n’étant pas adapté à la production décentralisée,
l’augmentation, dans l’avenir, de ce type de production laisse penser que des modifications de
l’architecture de la distribution pourraient être avantageuses dans la mesure où une structure
plus adaptée pourrait permettre une meilleure exploitation de ces unités de production pour le
fonctionnement du réseau :
• Une topologie comportant des boucles fermées.
• L’utilisation des GED en tant que secours ou soutien du poste source.
Ces mesures pourraient améliorer la fiabilité du réseau de distribution. Mais il faut considérer
les coûts de ces innovations et la rentabilité d’un tel système.
Le raccordement d’un utilisateur doit être étudié de façon à identifier une solution répondant
strictement au besoin de raccordement du demandeur tout en garantissant que ce
raccordement n’aura pas de conséquence sur le fonctionnement du réseau et sur la qualité de
l’énergie fournie aux autres utilisateurs déjà raccordés.
L’instruction des demandes de raccordement suppose la collecte de différentes
caractéristiques de l’installation permettant de conduire les études techniques de
raccordement. Ces fiches de collecte, et la procédure d’instruction des demandes de
raccordement sont publiées.
La solution de raccordement s’inscrit dans la structure de réseau existante ou décidée pour la
zone concernée et utilise les ouvrages de distribution existants ou à créer présentant la
capacité d’accueil suffisante.
Les vérifications à mener pour vérifier l’impact du raccordement et déterminer les solutions
de raccordement de tous les utilisateurs producteur ou consommateur sont les suivantes :
Tenue thermique des éléments du réseau : vérification des capacités de transit,
Vérification des conséquences sur les plans de tension des réseaux HTA et BT.
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PRODUCTION DECENTRALISEE
Pour les utilisateurs producteurs, les vérifications complémentaires suivantes sont à effectuer :
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PRODUCTION DECENTRALISEE
La notion de Smart grids combine deux idées : d’une part, rendre plus intelligents les réseaux
électriques et, d’autre part, créer des mini-réseaux autonomes et dans lesquels on pourra
associer aisément différentes sources d’énergie.
L’idée d’une maison intelligente est notamment de réduire les pics de consommation : La
maison pourra directement gérer l’utilisation du chauffage, des appareils électroménagers, etc.
afin de réduire la consommation à toute heure, et spécialement aux heures de pointe. Du point
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PRODUCTION DECENTRALISEE
de vue des énergies renouvelables, cela peut aussi permettre d’utiliser les appareils quand
l’énergie est disponible (la maison devra donc être connectée au réseau pour suivre la
production d’énergie en temps réel). Les appareils électroménagers pourraient par exemple se
mettre en marche le midi, lorsque la production des panneaux solaires est la plus forte, et ainsi
créer des pics de consommation correspondant aux pics de production, évitant le stockage.
La maison intelligente va même plus loin en s’intégrant directement au réseau : les voitures
électriques, une fois branchées sur leur prise, ne resteraient pas inertes. Après avoir
emmagasiné de l'énergie, elles pourraient la restituer lors des pics de consommation, en
alimentant le réseau ou la maison, directement. Elles serviraient ainsi à soutenir le réseau et à
aplatir les pics de consommation, se rechargeant lorsque l’énergie est disponible puis la
rendant ensuite.
En plus de la gestion de la consommation, les maisons intelligentes peuvent aussi gérer leur
propre production d’énergie. Cette production peut venir d’énergie renouvelables (solaire,
éolien) mais aussi de la cogénération : il s’agit de produire avec le même appareil du
chauffage et de l’électricité. La décentralisation de la production d’énergie sera gérable à
grande échelle grâce aux compteurs communicants.
La maison intelligente s’appuiera donc sur un réseau domestique intelligent, reliant ensemble
toutes les fonctions (chauffage, appareils électriques, éclairage, systèmes de sécurité,
production d’énergie, voitures électriques, …). Ce réseau devra être géré par un ordinateur,
que l’on pourra paramétrer soi-même (température et heure d’allumage du chauffage,
ouverture des volets, ….). Elle peut aussi posséder différents procédés ou gadgets connectés
permettant de réduire la consommation d’énergie. On peut notamment citer la poignée
intelligente : réglée grâce à une simple molette, elle éteint les lumières lorsque l’utilisateur
sort, et rallume quand il rentre !
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CONCLUSION
CONCLUSION
Depuis l'apparition des réseaux électriques ceux-ci ont toujours connu des évolutions. Ces
évolutions avaient pour but majeur d'améliorer le fonctionnement des réseaux.
L’insertion à grande échelle de la production décentralisée dans les années à venir semble
énergétiquement et économiquement intéressante. Cependant, sur le plan de l’exploitation des
réseaux électriques, elle apporte un facteur de vulnérabilité supplémentaire, notamment dans
les situations critiques.
Nous avons vu, au cours de ce document, différents impacts de la production décentralisée sur
le réseau électrique de distribution. Les GED, tant qu’elles restent des sources marginales,
n’ont pas de grandes influences, ni sur le fonctionnement, ni sur la qualité de service du
réseau. Si on prévoit une introduction massive des GED dans le réseau dans les années à
venir, un des grands enjeux sera celui de la gestion des situations critiques.
38
BIBLIOGRAPHIE
Bibliographie
[1] Olivier Richardot « Réglage Coordonné de Tension dans les Réseaux de Distribution à l'aide
de la Production Décentralisée » Thèse de doctorat INPG, 2000.
[2] G. Rami « contrôle de tension auto adaptatif pour des productions décentralisées d’énergies
connectées au réseau électrique de distribution» Thèse de doctorat INPG, 2006.
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production décentralisée », PhD. dissertation, INP Grenoble, 2006.
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fonctionnement pour le raccordement à un réseau public de distribution d'électricité en basse
tension ou en moyenne tension d'une installation de production d'énergie électrique », Journal
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[7] Abdenour ABDELLI « Optimisation multicritère d’une chaîne éolienne passive » Thèse de
doctorat DE L’INPT 2007.
[8] H. G. Arantzamendi « étude de structures d’intégration des systèmes de génération
décentralisée : application aux micro- réseaux » Thèse de doctorat INPG, 2006.
[9] UEM « Liste des études à mener pour le raccordement d’un utilisateur HTA aux réseaux
publics de distribution » Référentiel technique HTA et BT 2005.
[10] Boris B. : « Réglage de la tension dans les réseaux de distribution du Futur » Sciences de
l'ingénieur [physiques]. Université de Grenoble, 2010. Français.
[11] H. Farhangi, «The path of the smart grid», IEEE Power & Energy Magazine, vol. 8, no. 1, pp.
18_28, January/February 2010.
[12] G. Andersson,P. Donalek, R. Farmer, N. Hatziargyriou, I. Kamwa, P. Kundur, N. Martins, J.
Paserba, P. Pourbeik, J. Sanchez-Gasca, R. Schulz, A. Stankovic, C. Taylor, and V. Vittal,
«Causes of the 2003 major grid blackouts in north america and europe, and recommended
means to improve system dynamic performance » IEEE Transactions on Power Systems, vol.
20, no. 4, pp. 1922_1928, November 2005.
[13] F. Katiraei and M. R. Iravani, «Power management strategies for a microgrid with multiple
distributed generation units», IEEE Transactions on Power Systems, vol. 21, no. 4, pp.
1821_1831, November 2006.
[14] C. E. Root, « The future beckons» IEEE Power & Energy Magazine, vol. 4, no. 1, pp. 24_31,
January/February 2006.
[15] M. Eremia, J. Trecat, A. Germond, « Réseaux électriques – Aspects actuels », L’Editeur
Technique, Bucarest, ISBN : 973-31-1526-6, 2000.
[16] O. Richardot, « Réglage Coordonné de Tension dans les Réseaux de Distribution à l'aide de la
Production Décentralisée », Thèse doctorat en Génie Electrique, INPG 2006.
[17] DA-Engineering, le site personnel du Docteur Ingénieur Dhaker Abbes :www.da-
engineering.com.
39
Annexe A - Energie Eolienne
Annexe A
Energie Eolienne
Les paramètres qu’il faut prendre en compte lors du choix et de l’installation d’une
éolienne sont :
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Annexe B – Panneau Solaire Photovoltaïque
Annexe B
Panneau Solaire Photovoltaïque
Les caractéristiques d’un module photovoltaïque sont données dans le tableau ci-dessous
lorsque le module reçoit une puissance rayonnante de 1000 W sur 1 m² de surface de module
[17].
Tableau 1 : caractéristiques électriques (à 1000 W.m-2)
T cellules 25o C 50 o C
P max (W) 36 32.5
U à P max (V) 16.3 14.4
I à 10V (A) 2.29 2.28
I court-circuit * (A) 2.45 2.50
U circuit ouvert (V) 20.3 18.4
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Annexe B – Panneau Solaire Photovoltaïque
4) Ce panneau est installé en site isolé dans un système autonome. Faites le schéma
synoptique de l’installation.
Solution :
1)
2)
a) I=2,28 A.
b) P=U.I=22,8 W.
c) Rendement: 22,8/185 = 12,3%.
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Annexe C- Comparaison d’une Centrale Photovoltaïque (PV) de 5 MW avec une Centrale
Electrique Classique (au charbon) de 5 MW
Annexe C
Comparaison d’une Centrale Photovoltaïque (PV) de 5 MW avec une Centrale
Electrique Classique (au charbon) de 5 MW
Une centrale photovoltaïque est constituée de panneaux solaires, d’un régulateur de puissance
maximale (MPT), d’un hacheur élévateur/abaisseur, d’un onduleur triphasé et d’un
transformateur triphasé connecté en étoile-triangle (Y-Δ) à une charge de puissance [17] :
Pout-transformateur = 5MW.
(d) La centrale photovoltaïque est constituée de 43000 panneaux solaires chacun ayant une
surface de (0,8x1,6) m2. Quelle est la surface totale de l’ensemble des panneaux et quelle
est l’irradiation solaire maximale nécessaire (Qs mesurée en KW/m2) dans le lieu de cette
installation photovoltaïque ?
(e) Quelle est la période de retour sur investissement (en années) si :
1kW installé coûte $4000,
le prix moyen du KWh produit durant les 15 années futures est de $0,2 ?
A noter que les coûts de carburant sont nuls et les coûts d'exploitation sont négligeables ; vous
pouvez aussi assumer un fonctionnement de 6h par jour à 80% de la capacité de puissance
(0,8x5MW) = 4MW.
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Annexe C- Comparaison d’une Centrale Photovoltaïque (PV) de 5 MW avec une Centrale
Electrique Classique (au charbon) de 5 MW
(f) 1 kW installé dans une centrale conventionnelle au charbon coûte $2000. Quelle est la
période de retour sur investissement en années si le KWh produit demande un coût de
fuel et d’exploitation de $0,075 et si le prix moyen de vente du KWh est $0,20/KWh ?
Vous pouvez supposer 24h de fonctionnement par jour à 80% de la capacité de la
centrale (0,8x5MW) = 4MW.
Solution :
a)
=7,62 MW
= 0,92 kW/ m2
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Annexe C- Comparaison d’une Centrale Photovoltaïque (PV) de 5 MW avec une Centrale
Electrique Classique (au charbon) de 5 MW
Les revenues sont basés sur le prix moyen de vente du KWh ($0.20/KWh).
A 80% de sa capacité => 4MW, les revenues par an sont :
4000 . 0,20 . 365 . 24.y = $7,01 M .y
Or la période de retour sur investissement est égale à :
y = 10/ (7,01 – 2,628) = 2,28 ans, négligeant toutes taxes carbone ou réductions.
A noter que cette période de retour sur investissement aurait augmentée si nous avions pris en
compte la taxe carbone. D’un autre côté, les panneaux solaires ne génèrent pas 4MW sur une
période de 6h à cause de la variation de la quantité du rayonnement solaire.
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