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ÉNERGIE ÉLECTRIQUE PRODUCTION TRANSPORT DISTRIBUTION Sommaire 1-Utilisation de

ÉNERGIE ÉLECTRIQUE PRODUCTION TRANSPORT DISTRIBUTION Sommaire 1-Utilisation de l'énergie électrique................................................................................................................... 2 Les besoins.................................................................................................................................................. 2 Les consommations en France métropolitaine pour l'année 2009 (source RTE).........................................2 2-Transport de l'énergie électrique................................................................................................................... 2 Architecture du réseau de transport et de distribution................................................................................. 2 Les grandeurs mises en jeu......................................................................................................................... 4 3-Production de l'énergie électrique..................................................................................................................4 Production.................................................................................................................................................... 4 Conduite du réseau - compromis production utilisation............................................................................... 5 4-Bibliographie.................................................................................................................................................. 5 Compromis utilisation-production de l'énergie, pertes en ligne page 1/5 1- Utilisation de l'énergie électrique Les besoins L'utilisateur final « consomme » de l'énergie électrique au moment où il en a besoin et sans se soucier de l'équilibre production-utilisation. L'énergie doit être disponible pour le client... Les besoins en énergie électrique correspondent à des récepteurs industriels comme des fours par exemple, des machines de transformation de la matière, de process... Au niveau des besoins domestiques, les récepteurs répondent à un besoin de confort : éclairage, chauffage, cuisine... Du côté des producteurs, des distributeurs, il s'agit de prévoir la demande afin d'être en mesure de la satisfaire. L'entreprise Réseau Transport Énergie (RTE) dispose d'une expérience de plusieurs dizaines d'années sur les comportements des entreprises, des particuliers,... afin de prévoir et d'anticiper la demande en énergie. Ainsi, les moyens de production sont plus ou moins sollicités en fonction de la demande prévisionnelle et en fonction de leur propre caractéristique (temps de démarrage, rentabilité, durée de fonctionnement). C'est-à-dire que les centrales à démarrage lent (nucléaire, par exemple) assurent la part fixe de la consommation alors que les centrales à démarrage rapide (hydraulique, par exemple) sont mises en fonctionnement et régulées en fonction des pics de la demande. Dans la grande majorité des cas, l'énergie est disponible sous la forme d'une tension de valeur efficace 230 V (volts) et d'un courant qui dépend du récepteur connecté. Selon le récepteur connecté, le courant demandé au réseau sera plus ou moins important et sera toujours limité par la puissance souscrite auprès du distributeur d'énergie. Par exemple, un particulier demande une puissance souscrite de 6 kVA (six kilo volt ampère) auprès d'un distributeur d'énergie disposera d'une tension de 230 V efficace et d'une capacité de 30 A efficace. C'est-à-dire que ses besoins peuvent être moindres mais jamais il ne pourra prélever sur le réseau une puissance supérieure à 6 kVA. La tension (230 V) est fixe pour être conforme aux tensions d'usage des principaux équipements et appareils ; le courant est variable – il dépend du récepteur raccordé au réseau – dans les limites de l'abonnement souscrit par l'utilisateur. Les consommations en France métropolitaine pour l'année 2009 (source RTE) ✗ Total : 486,7 TWh (-1,6% par rapport à 2008). La consommation des grandes entreprises est en baisse de 4,6% alors que celle des petites entreprises et des particuliers est en hausse. ✗ le pic de consommation atteint un record absolu le 11 février 2009 avec une puissance de 93,1 GW ; ✗ la production des énergies renouvelables (hors hydraulique) est en hausse de 27,6 % par rapport à 2008 avec 12,3 Twh produit du fait de la très forte augmentation des parcs éoliens (+42 %). 2- Transport de l'énergie électrique Architecture du réseau de transport et de distribution Les centrales de production, plus précisément de transformation d'énergie – la production d'énergie est un terme impropre puisque les centrales effectuent un changement de forme, charbon → électricité par exemple. On cite souvent Antoine-Laurent de Lavoisier « rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ». La majorité des centrales sont raccordées au réseau de transport et de distribution. Le réseau français est géré par l'entreprise RTE (Réseau Transport Électricité), il est également interconnecté au réseau européen (Union pour la Coordination du Transport de l'Électricité – UTCE). Compromis utilisation-production de l'énergie, pertes en ligne page 2/5 En France, le réseau électrique comprend différentes portions qui sont identifiées en fonction des niveaux de tension : ✗ Réseau de lignes Grand Transport : 400 kV. Ces lignes acheminent l'électricité sur de grandes distances, plusieurs centaines de kilomètres, et elles sont interconnectées aux réseaux de nos voisins européens (UTCE) ; ✗ Réseau de lignes de répartition régionale avec plusieurs niveaux de tensions : 225 kV, 90 kV et 63 kV. Ces lignes assurent la répartition de l'énergie électrique vers les postes de transformation et de distribution ou directement vers certaines grosses entreprises qui possèdent leurs propres postes de transformation. ✗ Réseau de lignes de distribution avec deux niveaux de tension : 20 kV et 400 V. Ces lignes assurent le raccordement de l'utilisateur final au réseau de lignes de répartition régionale. Les postes de transformation sont alors appelés postes sources. Le réseau de distribution est constitué de trois ou quatre conducteurs : les trois phases et le neutre. L'utilisateur final, particulier, petite entreprise, est livré en monophasé : une phase et le neutre. La valeur efficace de la tension est alors de 230 V (voir figure). Compromis utilisation-production de l'énergie, pertes en ligne page 3/5 L1 L2 L3 N 20 kV / 400V V1 U12 V1 : tension simple 230 V U12 : tension composée 400 V Les conducteurs sont repérés : - L1, L2 et L3 pour les trois phases de la distribution triphasée ; - N pour le conducteur de neutre. Centrales hydrauliques Centrales nucléaires Centrales thermiques 400 kV 400 kV PRODUCTION 400 kV / 225 kV 225 kV / 90 kV Sidérurgie Mine SNCF Fermes éoliennes 90 kV / 20 kV 400 V TRANSPORT DISTRIBUTION Architecture simplifiée du réseau électrique français. Les grandeurs mises en jeu L'architecture du réseau électrique a été élaborée afin de réduire les pertes dues au transport de l'énergie. Ces pertes sont principalement des pertes par effet Joule (échauffement) qui dépendent de la résistivité des matériaux constitutifs des câbles. Quelques notions ✗ puissance dissipée par effet Joule en fonction de la résistance et de l'intensité efficace : PJ=RI EFF 2 =R Ptransportée 2 3U EFF 2 avec : R : résistance électrique en ohm (Ω) ; IEFF : valeur efficace de l'intensité en ampère (A); Ptransportée : puissance électrique transportée en watt (W); UEFF : valeur efficace de la tension entre phases en volt (V). → les pertes en ligne décroissent avec le carré de la valeur efficace de la tension. ✗ résistance d'un conducteur : R=l S avec l la longueur du conducteur et S sa section, la résistivité du matériau ( =17.10-9 pour le cuivre à la température de 300 K). ✗ puissance électrique active : La puissance électrique active est le seule puissance qui peut fournir un travail au sens mécanique. On la distingue de la puissance apparente S (ce que véhicule effectivement le câble) et de la puissance réactive Q par la relation S 2=P 2Q 2 . La puissance active est la valeur moyenne du produit de la tension par le courant : P=U EFF∗I EFF  Cette dernière relation montre que l'on aura, pour une même puissance transportée, un courant d'autant plus faible que la tension sera élevée. C'est ce principe qui est appliqué dans le réseau électrique avec évidement d'autres contraintes comme les champs électriques entre conducteurs qui imposent leur éloignement pour éviter des arcs électriques par exemple. Les pylônes qui supportent les câbles électriques doivent donc être adaptés aux niveaux de tension. 3- Production de l'énergie électrique Les moyens de production sont multiples : éolienne, centrale thermique, centrale nucléaire, centrale hydraulique... Production La France dispose de plusieurs systèmes de production d'énergie : nucléaire, thermique à combustible fossile, éolien, hydraulique, biomasse, solaire... Les énergies dites « renouvelables » (hors hydraulique) ne représentent qu'une faible part de la production, l'essentiel étant assuré par le parc de centrales nucléaires. Production 2009 – source RTE Nucléaire Thermique à combustible fossile Hydraulique Renouvelables (éolien, solaire...) 390 TWh 55 TWh 61 TWh 12 TWh Compromis utilisation-production de l'énergie, pertes en ligne page 4/5 Conduite du réseau - compromis production utilisation L'énergie électrique se stocke difficilement à grande échelle ; le stockage à petite échelle est nettement plus aisé. La conduite de l'ensemble des moyens de production et de distribution est basée sur une prévision des besoins afin d'assurer la stabilité du réseau et la continuité de service. Si la demande devient plus forte que la production, le système doit être capable de mettre en production des centrales à démarrage rapide (hydraulique) et, le cas échéant, à « délester » certains utilisateurs non-prioritaires dans l'objectif d'éviter le « black out ». Par exemple, en 2009 le temps de coupure s'est élevé à 18 minutes 40 seconde (évènements exceptionnels et délestage compris). La conduite du réseau électrique est assuré en France par l'entreprise RTE. Les prévisions de consommations et la consommation réelle sont visibles en ligne sur le site : http://www.rte-france.com/fr/developpement-durable/maitriser-sa-consommation- electrique/eco2mix-consommation-production-et-contenu-co2-de-l-electricite- francaise#courbeDeCharge La copie d'écran ci-contre illustre l'état de la prévision et l'état de la consommation pour le lundi 29/11/2010. Les services RTE proposent deux types de prévision : la prévision de la veille (PRÉVISION J-1) et la prévision du jour même (PRÉVISION J). Les courbes représentent la prévision (bleue) et la consommation réelle (orange). On observe ici un écart d'environ uploads/Ingenierie_Lourd/ energie-electrique-production-transport-distribution-sommaire 1 .pdf