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1 Stockage inertiel d'énergie en vue daméliorer l'intégration des éoliennes dans un réseau électrique Ludovic LECLERCQ Benoît ROBYNS École des Hautes Études.

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1 1 Stockage inertiel d'énergie en vue daméliorer l'intégration des éoliennes dans un réseau électrique Ludovic LECLERCQ Benoît ROBYNS École des Hautes Études Industrielles (HEI), LILLE

2 2 1.Problématique 2.Éolienne à vitesse constante + Stockage inertiel 3.Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel 4.Conclusion et perspectives Plan de lexposé Stockage inertiel d'énergie en vue daméliorer l'intégration des éoliennes dans un réseau électrique

3 3 1. Problématique Les éoliennes actuelles ne participent pas aux services système - production aléatoire et difficilement prévisible - absence de réglage fréquence-puissance - absence de réglage tension - sensibilité aux creux de tension - sensibilité aux variations rapides de la force du vent - … Revue REE N°7 juillet 2002 « Le raccordement de la production décentralisée en HTA et BT » Par J.-L. Fraisse EDF-GDF services

4 4 Une trop forte pénétration de la production éolienne fait courir un risque important de délestage introduction d'aléas dans la programmation des moyens de production dégradation de la sûreté de fonctionnement du système électrique sensibilité aux creux de tension problèmes de tenue de tension et de qualité de fourniture Dans le cas d'un réseau insulaire Limitation du taux de pénétration de l'éolien (EDF limite à 30 %) 1. Problématique

5 5 Limite des 30 % pas atteinte dans l'immédiat mais localement. Concentration déoliennes aux mêmes endroits et à lavenir sur les côtes avec de grosse centrales offshore Dans le cas d'un réseau puissant 1. Problématique

6 6 Augmenter le taux de pénétration de léolien : Lisser la puissance fluctuante, régler la tension, régler la fréquence… Participer plus ou moins aux services système 1. Problématique Janvier 2003 : 147,23 MW Objectif pour 2010 : MW Plus que 13852,77 MW…

7 7 1. Problématique Solutions envisagées 1.Lisser la puissance fluctuante Éolienne à vitesse fixe + système de stockage 2.Réglage tension et fréquence Éolienne à vitesse variable + système de stockage

8 8 2. Éolienne à vitesse fixe + Stockage inertiel Éolienne à vitesse fixe Moteur diesel Stockage inertiel Charge Moteur diesel Machine Synchrone

9 9 But : lisser la puissance éolienne Stabilisateur cinétique Turbine éolienne + génératrice asynchrone 0 t 0 t 0 t Réseau isolé 2. Éolienne à vitesse fixe + Stockage inertiel

10 10 Problème : Nous ne pouvons stocker ou restituer indéfiniment Nous devons tenir compte de la vitesse du volant dinertie « Si la vitesse du volant est petite alors on favorise le stockage » « Si la vitesse du volant est grande alors on favorise la restitution » « Si la vitesse du volant est moyenne : utilisation normale » Stratégie de commande du système de stockage inertiel 2. Éolienne à vitesse fixe + Stockage inertiel

11 11 Superviseur à logique floue P reg P wg Flywheel rotational speed SUPERVISEUR A LOGIQUE FLOUE

12 12 SUPERVISEUR A LOGIQUE FLOUE B VS

13 13 Exemple de vitesse de vent mesurée sur le site de Dunkerque SIMULATIONS

14 14 Superviseur à logique floue

15 15 Puissance active générée par le groupe électrogène Sans le système de stockage en pointillés Avec le système de stockage en trait continu SIMULATIONS

16 16 Puissance active générée par lassociation éolienne-système de stockage (Preg) Puissance souhaitée en pointillés Puissance obtenue en trait continu SIMULATIONS

17 17 Vitesse de rotation du volant dinertie SIMULATIONS

18 18 Superviseur simplifié

19 19 SIMULATIONS Puissance active générée par le groupe électrogène Sans le système de stockage en pointillés Avec le système de stockage en trait continu

20 20 SIMULATIONS Puissance active générée par lassociation éolienne-système de stockage (Preg) Puissance souhaitée en pointillés Puissance obtenue en trait continu

21 21 SIMULATIONS Vitesse de rotation du volant dinertie

22 22 Sans tenir compte de la vitesse de rotation du volant dinertie P wg P wgf = P reg Constante de temps du filtre passe-bas = 30 s.

23 23 SIMULATION Puissance active générée par le groupe électrogène Sans le système de stockage en pointillés Avec le système de stockage en trait continu

24 24 SIMULATION Puissance active générée par lassociation éolienne-système de stockage (Preg) Puissance souhaitée en pointillés Puissance obtenue en trait continu

25 25 SIMULATION Vitesse de rotation du volant dinertie

26 26 3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel Éolienne sur charge isolée Éolienne sur un réseau

27 27 3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel Capable de l'îlotage Capable de redémarrer sans tension sur le réseau Capable de remettre la tension sur un réseau hors tension Capable de supporter des échelons de consommation Maintenir léquilibre production-consommation Maintenir une tension damplitude et de fréquence fixe …. Éolienne sur charge isolée

28 28 Machine synchrone Convertisseur MLI Source de tension continue Éolienne à vitesse variable à pales fixes composée dune machine synchrone à aimants permanents et à attaque directe Toutes ressemblances avec une éolienne développée dans le nord de la France est purement fortuite ! 3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel

29 29 Puissance fournie par léolienne Puissance consommée par la charge Dissipation et/ou stockage Charge isolée 3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel Éolienne sur charge isolée

30 30 Charge isolée Puissance fournie par léolienne Puissance consommée par la charge Fourniture auxiliaire et/ou restitution du stockage 3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel Éolienne sur charge isolée

31 31 Charge isolée Stockage inertiel 3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel Éolienne sur charge isolée

32 32 Charge isolée Convertisseur 2 Pour une éolienne fonctionnant sur charge isolée… Filtre LC pour la qualité de la forme donde de la tension… Le convertisseur 2 va réguler les tensions aux bornes des condensateurs du filtre Source de tension

33 33 Pour une éolienne fonctionnant sur charge isolée… Puissance de léolienne Puissance du stockage inertiel

34 34 Pour une éolienne fonctionnant sur charge isolée… Tension du bus continu Tensions composées aux bornes des condensateurs

35 35 Convertisseur 2 Filtre LCL pour la qualité de la forme donde de la tension… Le convertisseur 2 va réguler le courant dans la deuxième self Source de courant Réseau Éolienne sur un réseau

36 36 Pour une éolienne fonctionnant sur réseau… 100 kVAR 150 kW

37 37 4. Conclusion et perspectives Pitch control Stockage inertiel de la turbine Centrale éolienne Supervision

38 38 MS MCC DS 1104 Stockage inertiel MAS DS 1104 DS 1103 Réseau Charge isolée Banc dessai développé sur le site HEI Filtre Validation modèles, commandes, supervisions Participation aux services systèmes

39 39 Cette structure peut être réalisée sur le banc dessai dHEI

40 40 Cette structure peut être réalisée sur le banc dessai dHEI Machine Asynchrone + codeur Machine à courant continu Volant dinertie DT Onduleurs de tension SEMIKRON Machine synchrone


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