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Un système électrique est un ensemble interconnecté production-transport- consommation. Cest en fait une immense machine distribuée sur une très large.

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1 Un système électrique est un ensemble interconnecté production-transport- consommation. Cest en fait une immense machine distribuée sur une très large zone géographique qui permet dassurer léquilibre entre demande et offre. Le système production-transport-consommation

2 Le réseau de transport et dinterconnexions assure la mise en commun et la répartition sur un très vaste territoire de toute lélectricité qui y est produite. Mutation profonde depuis le début des années 1990 Les réseaux avaient connus des développement liés à des politiques énergétiques nationales « autosuffisance énergétique » => Nucléaire en France, Lignite en Allemagne, Hydraulique en Suisse?

3 En Europe les systèmes production-transport étaient exploités par des entreprises verticalement intégrées (1 seule compagnie par pays). Dans ce cadre, lexploitation et la conduite avait 2 finalités: - Optimisation générale - Maintien de la sûreté Processus de dérégulation: - Mise en concurrence des centres de production - Lexploitant du système électrique est en monopole « naturel » et doit assurer à tout moment une circulation aisée et transparente entre les producteurs et leurs clients.

4 Les grandes centrales sont éloignées des zones de consommation Effet de taille => Plus économique de construire des centrales de + en + puissantes alors même que la consommation reste très diffuse

5 Lélévation du niveau de tension 1927 : Première ligne 225 kV : Eguzon Chaingy 1945 : Une double boucle 225 kV amenant lénergie hydraulique du sud-est vers Paris et le nord, sou-tendu par un réseau 150 kV 110 kV : Développement du réseau de transport national sur lensemble du territoire : 225 kV – 150 kV – 110 kV : premier développement du réseau 400 kV programme nucléaire : les centrales proches des sources froides – renforcement rapide du 400 kV en fonction des besoins production– renforcement des interconnexions internationales 1922 : Première loi sur le transport

6 Les ouvrages de Transport Typologie des ouvrages de transport & de distribution Typologie des ouvrages de transport & de distribution grands échanges < inter - régionaux Réseau THT Réseaux Répartition Réseaux Distribution 400 kV 225 kV 90 kV 63 kV (45 et 150 kV) 20 kV (U < 20 kV) alimentation < régionale alimentation < de la charge transporter l'énergie garantir la sécurité (gds incidents) gestion économique de la production répartir l'énergie garantir la sécurité (incidents régionaux) distribuer l'énergie - moyens de base - qqs ther. classiques - qqs hydrauliques - échanges - ther. classiques - hydraulique - Clients indust. - consommation transport et interconnexion répartition distribution km | km km km Les rôles des réseaux et de leur hiérarchisation

7 Le réseau THT

8 Autoroutes

9 Le réseau européen

10 UK NSFI F D B NL L CH A I SI E P DK Exemple d un transit de 100 MW entre Belgique et Italie CZ NL 5941

11 Les particularités de lélectricité : elle ne se stocke pas sa qualité se dégrade durant le transport, sa qualité dépend des usages des autres clients, le besoin délectricité est en fait le service rendu par les appareils électriques, délai de commande et de transport nul Nature de lÉlectricité A chaque instant lénergie électrique produite dans un système est égale à lénergie électrique consommée.

12 Les prévisions: Aides à la décision pour laménagement du parc de production et du réseau de transport.

13 1 => prévisions pluriannuelles et annuelles permettent de : - planifier les travaux dentretien ou de rechargement à effectuer sur les groupes REP ; - planifier les travaux dentretien à effectuer sur les groupes thermiques classiques ; - déterminer la valeur de leau des réserves, cest-à-dire lespérance de gain futur procuré par une unité de stock supplémentaire. Ces valeurs permettent de gérer tout au long de lannée lutilisation de nos réserves deau au moment le plus propice. 2 => prévisions hebdomadaires et journalières. Les informations sur les variables externes, telles que les conditions climatiques, sont alors plus fiables. À léchéance journalière peut être décidée la mise en œuvre de tarifs particuliers, tel le tarif EJP, qui influenceront la demande. Loption tarifaire EJP permet des effacements de puissance appelée par les clients 22 jours par an. Cette réduction de puissance appelée peut être évaluée à MW environ. On peut fractionner une journée EJP en deux : HTA environ MW, HTB environ MW. La prévision journalière sert de base à létablissement du plan de production pour le lendemain.

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15 4 types de journées: Samedi, Dimanche et les autres

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17 Les caractéristiques de la courbe de consommation journalière dépendent du type de jour et de la période de lannée. Un jour ouvrable dhiver présente les caractéristiques suivantes : - le matin la pointe centrée sur 9-10h marque un palier denviron 4h00 (maximum de lactivité économique) ; - le soir la pointe de 19h00 dure moins longtemps, mais est en général plus forte (très influencée par la température) ; - le creux de nuit se situe vers 5h00 ; - pointes relatives aux enclenchements tarifaires : par exemple 1h00, 12h30 et 23h00. (Des aménagements permettent de lisser ces pointes). Il faut remarquer la pente particulièrement «raide» des prises de charges précédant les pointes de consommation (environ MW en 3h00 entre le creux de nuit et la pointe du matin) doù limpor- tance du suivi des programmes de production et de lajustement permanent durant ces périodes. Un jour ouvrable dété présente les caractéristiques suivantes : - la pointe du matin se situe vers 11h00 et sétale sur 6h00 ; - la pointe du soir a complètement disparu (voir plus loin linfluence du changement dheure) ; - on retrouve les enclenchements tarifaires.

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20 Linfluence de la nébulosité sur la consommation peut être évaluée à 700 MW/octa. Léchelle de mesure de la nébulosité comporte 8 octas : de 1 temps très clair à 8 couverture nuageuse très dense. Leffet dune couverture nuageuse (éclairage, effet de serre, chauffage…) intervient dès le lever du jour pour atteindre un maximum en milieu daprès-midi et sannuler à la tombée de la nuit.

21 Le changement dheure légale fin mars conduit à une diminution sensible de la consommation en soirée de 18h00 à 23h00 (jusquà MW à la pointe de 19h00) et au phénomène inverse fin octobre.

22 Puissances consommées Température-seuil de démarrage de la sensibilité aux températures froides Température Pente de la droite : « Gradient de températures très froides » Pente de la droite : « Gradient de températures froides » Température-seuil de démarrage du parc de chauffage dappoint Température-seuil de démarrage de la sensibilité aux températures chaudes Pente de la droite : « Gradient de températures chaudes » Influence de la température sur la consommation

23 Influence de la nébulosité : Sur deux jours ayant une température identique, une forte nébulosité augmente la consommation Jour 1 Jour 2 Jour 1Jour 2 T° Nébulosité

24 Shape: formes des types de jour Formes des types de jour N: jour normal, F: férié, V: veille de jour férié, L: lendemain de jour férié Signification

25 La saisonnalité annuelle (ici en énergie) Source RTE

26 Construction de la puissance hors chauffage

27 Le consommateur doit pouvoir disposer à tout moment, de sa puissance souscrite sans passer de commande ni fournir de préavis et cela 24h sur 24. Lénergie électrique ne stocke pas. Il est nécessaire de produire exactement à chaque instant ce qui est consommé. Les groupes thermiques nucléaires ou à flammes ne peuvent pas être démarrés instantanément, il est donc nécessaire détablir une prévision de consommation. Heureusement il y a de grandes tendances cycliques: les variations annuelles, hebdomadaires et journalières de lactivité humaine. Mais il y a aussi les particularités ou aléas auxquels il faut faire face (conditions météorologiques, conjonctures économiques, vacances, jours fériés…) Ce quil faut retenir

28 Problématique du fonctionnement des réseaux. maintenir en permanence les conditions nécessaires dun équilibre entre production et consommation. => Conduite maintenir les caractéristiques du produit (tension et fréquence) dans les plages contractuelles. => Réglage tenir compte du fort couplage dynamique entre production et consommation. => Stabilité Assurer lintégrité des ouvrages et du système dans son ensemble. => Protection et stabilité Le système électrique doit :

29 Notion de fréquence puissance Lélectricité ne se stocke pas P = C + pertes actives Pgénérées= Pconsommées+ 3. RI² Sur le réseau électrique, léquilibre est toujours réalisé Cm - Ce = J.dΩ/dt Le déséquilibre éventuel production-consommation se produit sur larbre de lalternateur entre la puissance mécanique délivrée par la turbine et la puissance électrique appelée par le réseau. Linertie des alternateurs sert de réservoir dénergie tampon

30 Équilibre production / consommation sur le réseau La fréquence du réseau dépend de léquilibre entre production et consommation Loi des masses tournantes pour un groupe de production La vitesse rotor dépend de la Puissance mécanique produite par le groupe et de la Puissance électrique appelée par le réseau En cas de déséquilibre production / consommation : adaptation de la production, et éventuellement de la consommation (délestage fréquencemétrique) Notion de fréquence puissance

31 En conclusion : Un déséquilibre entre la production de lensemble des turbines et la consommation du réseau se traduira par une variation de fréquence. Léquilibre est réalisé si la fréquence est constante…mais pas forcement égale à 50 Hz !

32 Notion de fréquence puissance 3 minutes de silence en France en mémoire aux victimes de lattentat du 11 septembre 2001 Puissance Fréquence

33 Notion de fréquence puissance Perte du réseau France- Suisse-Italie et black out en Italie

34 La fréquence Pour le consommateur - conception des appareils électriques - efficacité des moteurs - contraintes mécaniques Pour le système électrique - conception des matériels - saturation des circuits magnétiques - décrochage des auxiliaires de centrales Régler la fréquence est nécessaire:

35 Le réglage de la fréquence Le Rég. primaire sert à rétablir léquilibre production consommation instantanément Le Rég. Secondaire sert à rétablir la fréquence et les échanges Le Rég. Tertiaire sert à réadapter le plan de production REGLAGE PRIMAIRE REGLAGE SECONDAIRE REGLAGE TERTIAIRE Automatique, il agit localement sur chaque groupe. => Il aboutit à un nouvel équilibre sur lensemble du réseau interconnecté mais à f différente de f réf Automatique, il est centralisé (par pays) et agit après le réglage primaire sur plusieurs groupes. => Il a pour fonction de rétablir f réf et les échanges contractuels entre réseaux. Il est centralisé (par pays) et permet un réajustement des programmes de fonctionnement des centrales. Il est caractérisé par la réserve de production mobilisable à tout moment pour :fournir une capacité de substitution (indisponibilité, pertes douvrage de transport…)

36 La tension Eviter les tensions trop hautes - tenue diélectrique des matériels - saturation des circuits magnétiques - contraintes mécaniques Eviter les tensions trop basses - surcharge des réseaux - décrochage des moteurs - problèmes de stabilité - ne pas augmenter les pertes Régler la tension est nécessaire pour des raisons techniques:

37 Le réglage de la tension Le Rég. primaire permet de maintenir la tension aux bornes du groupe, contribue au maintien de la stabilité, maintien le groupe dans son domaine de fonctionnement. Le Rég. Secondaire permet de répartir les efforts des groupes à léchelle régionale et de maintenir le plan de tension de la région. REGLAGE PRIMAIRE REGLAGE SECONDAIRE

38 Régulation primaire des groupes turbo alternateurs (GTA)

39 Les régulations primaires : – utilisent des mesures locales – ont une action rapide un rôle primordial pour la sûreté du système Groupe Turbo-alternateur Réseau Régulations Primaires Réglage primaire qq dizaines de ms qq secondes Dispatching Réglage secondaire (quelques minutes) Réglage tertiaire («manuel», quelques dizaines de minutes) Réglage primaire, secondaire, tertiaire

40 Variable à régler = vitesse rotor f et puissance électrique Pe Actionneur = soupape dadmission vapeur (thermique), vanne dadmission deau (hydraulique), injecteurs de carburant (diesel) Process = turbine et alternateur Régulateur : loi de commande ouverture = F (P 0, f ) Turbine Régulateur de vitesse Po Soupapes ou Vannes - + f = f o – f Alternateur f Capteur de vitesse Pe Réglage primaire de vitesse

41 Les actionneurs de contrôle de chaque étape Pour lamont turbine : - grappes de combustible -brûleurs Pour la turbine : - vannes dadmission vapeur - vanne de débit de fluide pour lhydraulique Pour lalternateur : - tension dexcitation

42 Lénergie réglante La principale caractéristique de cette régulation est la pente de la droite sur laquelle va se déplacer le point de fonctionnement du groupe. On appelle cette pente le statisme de la régulation. Cette valeur est fixée à 4% pour lensemble des groupes thermiques. La valeur moyenne de 5% est retenue pour les groupes hydrauliques (elle peut varier de 4 à 12%).

43 Avec un statisme de 4%, le gain statique de la régulation appelé souvent énergie réglante est : K = P nominale/ 2 et sexprime en MW/Hz. Par exemple, un groupe de P nominale = 900 MW aura une énergie réglante de 450 MW Hz. Ce qui signifie que : Pour un groupe de P nominale = 900 MW couplé à un réseau dont la fréquence varierait de 1 Hz, sa régulation primaire le ferait varier de 450 MW. Lénergie réglante

44 Un mini réseau composé de 4 groupes de 250 MW ayant un statisme de 4% débitant sur une consommation de 900 MW A partir dune situation déquilibre à 50 Hz où chaque groupe est à une puissance égale à sa puissance de consigne : Il sagit de calculer la fréquence déquilibre après larrivée de laléa et le fonctionnement du réglage primaire. Cas 1: Déclenchement du Groupe 5 Énergie réglante restante de ce réseau ? ΔP ? Δf ? f déquilibre ?

45 Cas 2: Perte de 200MW de consommation Cas 3: Déclenchement du groupe 5

46 1er cas : déclenchement du Gr 5 Energie réglante restante : K=4*250/2=500 MW/Hz DP = 200 MW Df = 200/500 = 0,4 Hz f déquilibre = ,4 = 49,6 Hz 2ème cas : perte de 200 MW de consommation Energie réglante : K= 5*250/2=625 MW/Hz DC = 200 MW Df = 200/625 = 0,32 Hz f déquilibre = ,32 = 50,32 Hz 3ème cas : déclenchement du Gr 5 Energie réglante restante : K=2*250/2=250 MW/Hz DP = 200 MW Df = 200/250 = 0,8 Hz f déquilibre = ,8 = 49,2 Hz Baisse de la consommation => Augmentation de la fréquence Baisse de la production => Diminution de la fréquence

47 Ce quil faut retenir… La consommation dépend de nombreux paramètres comme lheure, le jour, la saison, la température, la nébulosité, les habitudes culturelles, les événements de société. Sa prévision est cruciale à court terme pour le respect de léquilibre production-consommation

48 Le réseau et les groupes de production sont interdépendants en matière de fiabilité dalimentation et continuité de fourniture vis- à-vis des clients, mais également pour le respect des conditions de sécurité des centrales elles-mêmes. La sûreté du système électrique dépend en particulier de la capacité des tranches : à ajuster le bilan production consommation (modulation, réglage fréquence-puissance) à fournir autre chose que de l énergie (services de réglage de la tension) à «tenir» en régime perturbé à réussir leurs îlotages. Ce quil faut retenir…

49 Un groupe de production produit de lélectricité, délivre une tension, maintient une fréquence (50 Hz en France). Les équilibres tension et fréquence sont vitaux et les régulations en tension et en fréquence des groupes permettent de maintenir cet équilibre en permanence. La fréquence est une parfaite image de léquilibre production consommation en tout point du réseau. Ce quil faut retenir…


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