Intégration décentralisée

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Microsoft Word - MFE v 16 08 2008 2.docx

Universit libre de Bruxelles Institut de Gestion de lEnvironnement et dAmnagement du Territoire

Facult des Sciences Master en Sciences et Gestion de lEnvironnement

Enjeux et Dfis de l'intgration de Productions Dcentralises et Renouvelables sur les Rseaux

Electriques.

Mmoire de Fin dEtudes, prsent par MASSON Gatan

En vue de lobtention du grade acadmique de Master en Sciences et Gestion de lEnvironnement

Anne Acadmique 2008-2009 Directeur : Professeur Michel Huart

Enjeux et Dfis de l'Intgration de Productions Dcentralises Renouvelables sur les Rseaux Electriques

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A Clmence & Amandine

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RemerciementsJe voudrais remercier en premier lieu ma femme, MariePaule pour sa patience, sondvouementpendantcettelongueanne,demmequemesfillesquinenaurontpasvusouventlesoirdurantcessoiresIGEAT.Jeleurddiecemmoire.Je voudrais ensuite remercierMichelHuart pour avoir eumonpromoteur avis, ainsiquelensembledespersonnesavecquijaieuleplaisirdeconverser,quimontinform,corrig,enrichietdontlalisteseraittroplongue.Je remercie ainsi chaleureusement Jacques Deuse (Tractebel) pour sa patience et sesexplications,FrdricKlopfertpourmavoirutilementaiguillsurdessujetsnovateurs(etdautresquepourraient faire lobjetdemmoiresentiers), JeanClaudeMaunpourses explications initiales quandmes souvenirs techniques devaient tre srieusementrafrachis,AdelElGammaletDanielFrailechezEPIApourleursinformationsprcieusessur le photovoltaque. Un merci tout particulier Benoit Houssard chez ORES, PietLauwersdEandis,ettousceuxetcelleschezElia,Brugeletailleursquimontutilementaiguills.

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I. Rsum 7

II. Introductiongnrale 91. Pourquoitudierleseffetssurlesrseauxlectriques? 92. Dcentralisourenouvelable? 113. Pourquoiunevolutionversdesproductionsdcentralisesetrenouvelables? 11

III. LaproductiondlectricitenBelgique 161. Introduction 162. LesunitsdeproductionenBelgique 163. Lesnergiesrenouvelables 194. InstrumentsdepromotiondesENR 21

a. Lesdductionsdimpts 21b. PrimesrgionalesWallonnes 22c. CertificatsVerts 22d. Desinstrumentsutiles? 23e. Fautilsubsidierllectricitphotovoltaque? 24f. PrimesouCertificatsVerts? 25

IV. Lesrseauxdetransportetdedistribution 281. Structuregnraledesrseauxlectriques 282. Lesfonctionsdesrseaux 303. Interconnexiondesrseauxeuropens 34

V. Effetsconnusdesproductionsdcentralisessurlesrseauxlectriques 361. Introduction 362. Effetsconstatssurlesrseauxlectriques 36

a. Introductionlagestiondelquilibreetaumaintiendelatensionetdelafrquence 37b. Intermittenceetprdictibilit 38c. Inversiondelapentedetension 42d. Ilotage 44e. Harmoniques 45f. Flicker 47g. Contraintesderaccordementaurseau/GridCodes 47h. Tenueauxcoupuresbrvesdurseau(RideThroughFault) 49i. Contraintessurledimensionnementdesrseauxdedistribution 51j. Contraintessurledimensionnementdesrseauxdetransport 52k. Congestion 53l. Gestiondesrserves 55m. Effetsurlesperteslectriques 56n. ConnaissancedesinstallationsdcentralisesparleGRT 58o. Disponibilitdepuissanceractive 58p. Rductiondesconsommationsdepointe 59q. Rseauderemplacement 62

3. Classificationdeseffets 634. AnalysededeuxincidentslectriquesmajeursimpliquantdesENR 645. Lesmanquementsprincipauxactuellementidentifis 676. Etudeglobalesurlestauxdepntration 68

VI. Commenttendreleslimites? 781. Impactssurlagestiondelquilibre 78

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a. Comparaisondesvitessesdevariation 802. Extensiondeslimites. 84

a. Productionlectrique 85b. Importations&exportations 86c. Stockage&Dstockage 87d. Consommation 90e. VPPetagrgateurs 97f. CombinertousleseffetsSmartgrids 98

VII. Aspectsconomiques. 1001. Lescotsdesadaptationsdesrseauxlectriques 100

a. Cequicotecherdansunrseaulectrique 100b. Allemagne 101c. GrandeBretagne 101d. PaysBas 102e. Portugal 103f. Sude 103g. France 103

2. Cotdelaccroissementdesrserves 1043. FacturationenbassetensionenBelgique(1MVA.o Latolranceenverslescreuxdetension(quisurgissentsuitedescourtscircuits lectriques), impose que les units > 1MVA doivent pouvoir semaintenirfacedescreuxdetensionmodrs:

85% de tension rsiduelle pendant 1,5 s 70% de tension rsiduelle pendant 0.2 s Leniveaudesharmoniquesnedoitpasperturberlerseaudedistribution. Le gestionnaire peut demander pouvoir tlmesurer, tlsignaler outlcommanderlinstallationdistance.

Casparticulier:leraccordementdesparcsoliensoffshoreLes parcs oliens offshore combinent diffrentes difficults inhrentes leurpositionnementmaritime,aussibienquleurtaille101; delordredequelquescentainesdeMW,soitunepuissanceinstallecomparablecelledunitsclassiquesaugaz,detypeturbinesgazvapeur(TGV),lapuissancedevientdifficileraccorderaurseaudedistribution; ladistancedesctes(delordredequelqueskilomtresquelquescentainesdekilomtrespourcertainsprojets),impliquedespertesdeligneoulutilisationdetransportencourantcontinu(HVDC)hautetension. Lesconnexionsaveclesrseauxterrestressefontparcblessousmarins.Demaniregnrale,lesGRDetGRTontdoncadaptleurscodesderaccordementauxrseaux. Il est prvisible que ceuxci volueront lavenir vers des contraintes plusdraconiennes.

h. Tenueauxcoupuresbrvesdurseau(RideThroughFault)Les premires rgles de raccordements aux rseaux lectriques des unitsdcentralises imposaient un respect passif du rseau. Il ntait pas demand auxgnratrices dcentralises de participer sa gestion active. La seule contrainte alongtempstdenepasperturberlerseau,ycomprisdansunesituationdedfaut,enconcevant des appareillages capables de dconnecter les units au moindre dfautconstat.Laugmentationdutauxdepntrationamodifiladonne;lescotsdegestionactivenepeuvent tre supports uniquement par les producteurs classiques aux unitscentralises et laugmentation de la puissance installe en ressources renouvelableset/oudcentralisesimposederevoirlanotiondegestionderreurtemporaire:ilnestplusquestiondelaisserencasderreurunepartiesignificativedesunitsdeproductionlarrt.101Leraccordementaurseaulectriquedesparcsoliensoffshore,DanishWindIndustryAssociation,inwww.windpower.org/fr/tour/grid/offshore.htm(15aot2009)

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RideThroughFaultCest que lon nomme Ride Through Fault ou low voltage ride through est lecomportement requis pour une gnratrice (olienne, PV etc.) en cas de dfauttemporaire sur le rseau: elle ne doit pas interrompre son fonctionnement (donc laproduction dlectricit) ou seulement pour une dure limite. En fonction descirconstances,onexigera:- Unedconnexiontemporairesuiviedunereconnexionautomatique- pasdedconnexion- deresterconnect,toutensupportantlerseaueninjectantdelapuissanceractive.Cescomportementssontdcritsdanslesgridcodes,ditsparchaquegestionnairede rseau. A titre dexemple on trouvera en note de bas de page le lien vers celui dugestionnairebritannique102.Sansrentrerplusavantdanslesdtailstechniques,leschmacidessousdonneuneidedequelquesgridcodesutiliss.

Figure20: Comparaison des exigences en matire de raction face un dfaut sur le rseau. (fault ride through)103 En fonction de la dure du dfaut, le graphique ci-dessus indique dans quelles conditions la gnratrice doit rester connecte. Dans 13 pays les raccordements aurseau des oliennes imposent degrer lesLVRT(lowvoltage ridethrough): legnrateurdoit resterbranchsur les3phasesdansunecertainegammedefrquences104.Lobjectifestclairementdemaintenircesgnratricesoprationnelles,vulapartdeplusenplusimportantequellesreprsententauseindecertainsrseaux.On notera par ailleurs que les gnratrices oliennes diminuent linertie du systmequandleurpartrelativeaugmente105Leurdconnexiondurseauprovoqueunebaissedefrquenceplusrapideetplusimportante.Depluslesoliennesmodernespeuventcontrleraussibienlapuissanceactivequelapuissanceractive,parfoisplusrapidementquedesunitsconventionnelles.Certainessimulationsmontrentquilseraitnonseulementpossibledelesutiliserpourunegestionactivedu rseauen casdeperturbation,mais aussique, sous rservedadaptationdurseau, les oliennes pourraient mme amliorer la stabilit en rponse une

102CurrentGridCodesDocumentsUKinwww.nationalgrid.com/uk/Electricity/Codes/gridcode/gridcodedocs/(15aot2009)103Elektrizitatszwirtschaft.2006.ElektrizitatszwirtschaftJg.105,Nr.25,p.42.104VTT2007WindReport,op.cit.p.22105VTT2007WindReport,op.cit.p.56

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dconnexionduneunitconventionnelleimportante106. i. ContraintessurledimensionnementdesrseauxdedistributionLesrseauxdedistributionontunbutclair:distribuerllectricitauxconsommateurs.Ceuxci ont t conus dans cette optique et leur dessin de longue date t validcomme permettant lcoulement de flux de puissance unidirectionnels: des units deproductionauxconsommateursfinaux.Les rseaux de distribution ont ds lors une structure bien souvent radiale, avec destransformateursauxquelsleslignesdalimentationsontraccordesentoile.Les ressources distribues impliquent une rvision fondamentale des concepts ayantprsid au dimensionnement de ces rseaux. La questionmajeure qui se pose est desavoir jusqu quel point les rseaux actuels peuvent supporter une productiondcentralisesenleurcur,etsitelnestpluslecaspassuncertainseuil,quelssontlesinvestissementsncessairespourlesadapter.

Contrainte1:fluxbidirectionnelsLapremirecontrainteprovientdelabidirectionnalitdesfluxdepuissance:ilsembledaprsnossources107quec