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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université des Sciences et de la Technologie d’Oran-Mohamed Boudiaf- FACULTE DE GENIE ELECTRIQUE DEPARTEMENT D’ELECTROTECHNIQUE Présenté par : Mme NAAMA BAKHTA Année Universitaire : 2016 /2017 LA PRODUCTION DECENTRALISEE TABLE DES MATIERES i TABLE DES MATIERES Avant-propos INTRODUCTION GENERALE……………………………………...…..............… 01 I- GENERALITES SUR LES RESEAUX ELECTRIQUES….…………………...…......... 03 I-1-Architecture des réseaux électriques........................................................................... 03 I-1-1-Production................................................................................................................. 03 I-1-2-Transport.......................................................................................................................... 04 I-1-3-Répartition................................................................................................................ 04 I-1-4-Distribution.......................................................................................................... 04 I-2-Topologies des réseaux électriques............................................................... 05 I-2-1-Réseau maillé....................................................................................................... 05 I-2-2-Réseau bouclé....................................................................................................... 05 I-2-3-Réseau radial.............................................................................................................. 06 I-2-4-Réseau arborescent..................................................................................................... 06 I-3 Équipements et architectures des postes..................................................... 06 I-3-1-Qualités recherchées d’un poste............................................................................ 07 I-3-2-Architectures des postes....................................................................................... 08 I-3-3-Schémas des postes à couplage de barres..................................................................... 10 I-3-4-Postes de distribution BT.............................................................................................. 10 II- LA PRODUCTION DECENTRALISEE ............................................................. 12 II-1-Définition............................................................................................................................ 12 II-2-Caractéristiques de Production Décentralisée .................................................................... 13 II-2-1- Systèmes à alternateurs classiques (machine synchrone)............................................... 13 II-2-2- Systèmes à générateurs asynchrones............................................................................. 14 II-2-3-Systèmes à interface avec convertisseur électronique.................................................... 14 II-3-Différents types de production décentralisée..................................................................... 14 II-3-1-Les moyens de productions d’énergie............................................................................ 14 II-3-1-1-La cogénération............................................................................................... 15 II-3-1-2- Les énergies non renouvelables..................................................................... 16 II-3-1-3- Ressources énergétiques renouvelables......................................................... 16 A) L’énergie solaire ............................................................................................... 17 TABLE DES MATIERES ii B) L’énergie éolienne......................................................................................... 20 C) L’énergie biomasse............................................................................................ 22 D) L’énergie géothermique...................................................................................... 22 E) L’énergie hydraulique......................................................................................... 26 F) Les générateurs du futur : les piles à combustible (PAC).................................. 26 III-IMPACT DE LA PRODUCTION DECENTRALISEE SUR LE RESEAU DE DISTRIBUTION ........................................................................................... 27 III-1-Impacts sur le sens de transit de puissance........................................................................ 29 III-2-Impacts sur la stabilité du système.................................................................................... 29 III-3-Impacts sur la qualité de service........................................................................................ 30 III-4-Impacts sur l’observabilité et de contrôlabilité du système............................................... 30 III-5-Impacts sur la continuité de service................................................................................... 30 III-6-Impacts sur le plan de protection....................................................................................... 30 III-6-1-Influence du producteur sur la sensibilité et la sélectivité du plan de protection ........ 31 III-6-2-Déclenchement intempestif d’un départ sain................................................................ 31 III-6-3-Aveuglement de la protection du départ en défaut........................................................ 32 III-6-4-Protection de découplage.............................................................................................. 33 III-7- Intégration de la GED sur les réseaux de distribution .......................................... 33 III-7-1- Généralités....................................................................................................... 33 III-7-2- Étude de raccordement d’une installation ....................................................... 34 IV- LES RESEAUX ELECTRIQUES DU FUTUR-LES SMART-GRIDS............ 35 IV-1- Description générale........................................................................................... 35 IV-2- Compteurs intelligents........................................................................................ 36 IV-3 Maison intelligente et smart grids........................................................................ 36 CONCLUSION ............................................................................................................ 38 BIBLIOGRAPHIE ...................................................................................................... 39 Annexe A- Energie Eolienne ......................................................................................... 40 Annexe B- Panneau Solaire Photovoltaïque.................................................................. 41 Annexe C-Comparaison d’une Centrale Photovoltaïque (PV) de 5 MW avec une Centrale Electrique Classique (au charbon) de 5 MW................................................... 44 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. Ce document regroupe deux parties de cours, qui résume la production décentralisée de l’énergie électrique. Il est destiné aux étudiants des filières technologiques désirant réviser ou découvrir le domaine de la production décentralisée de l’énergie électrique. INTRODUCTION GENERALE 1 INTRODUCTION GENERALE Le mouvement mondial de désintégration et de recomposition qui touche dans la plupart des pays le secteur électrique, conduit à accroître les gains de productivité dans tous les domaines et tout particulièrement à utiliser les réseaux électriques plus près de leurs limites pour valoriser au maximum les actifs investis. Dans le même temps, la multiplication des acteurs du marché de l'électricité (producteurs indépendants, commercialisateurs, courtiers en énergie, etc.) et la séparation des rôles entre producteurs, transporteurs et distributeurs rendent plus complexes le développement et l'exploitation des systèmes électriques interconnectés. Il en résulte une attention toute particulière qui doit être portée à la sûreté et à l'économie de fonctionnement des systèmes électriques, non seulement pris globalement, mais aussi au niveau de leurs composants et de leurs sous-systèmes. Les réseaux de distribution sont la dernière phase dans la procédure d'acheminement de l'énergie électrique à partir des centrales de productions aux consommateurs. Ils constituent conventionnellement des circuits électriques passifs dans lesquels les flux de puissance active et réactive s'écoulent des hautes vers les basses tensions. Ces flux ainsi que les tensions sont déterminés par les charges. Les systèmes de protection et le réglage de la tension sont actuellement basés sur ce caractère unidirectionnel de l'échange d'énergie. Cependant, les incitations réglementaires en faveur des énergies renouvelables conjuguées à l'ouverture du marché de l'électricité ont eu un premier impact direct sur le réseau de distribution. Ce sont des raccordements de productions décentralisées sur ce réseau. Ceci va avoir des conséquences très importantes dans la mesure où les réseaux de distribution n'ont pas été conçus pour recevoir de la production. Avec ces dernières, le réseau de distribution devient un ensemble de circuits électriques actifs dans lesquels les flux de puissance et les tensions seront gouvernés non seulement par les charges, mais aussi par les sources. Les flux de puissance pourront fort bien, dans certaines conditions, remonter des basses tensions vers le réseau de transport. Stimulée par des conditions favorables, la production décentralisée notamment à base d’énergie renouvelable pénètre de plus en plus dans le réseau électrique. Dans la mesure où INTRODUCTION GENERALE 2 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. GENERALITES SUR LES RESEAUX ELECTRIQUES 3 I- GENERALITES SUR LES RESEAUX ELECTRIQUES Les réseaux électriques sont considérés comme des infrastructures hautement critiques pour notre société. Ces réseaux sont conçus traditionnellement d’une manière verticale où les transferts de l’énergie suivent le schéma dit « du haut en bas » : Production -Transport- Distribution. 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-Architecture des réseaux électriques Un réseau électrique est un ensemble d’outils destiné à produire, transporter, distribuer l’énergie électrique et veiller sur la qualité de cette énergie, notamment la continuité de service et la qualité de la tension. L’architecture ou le design du réseau est un facteur clé pour assurer ces objectifs. Cette architecture peut être divisée en deux parties ; D’une part, l’architecture du poste, et de l’autre part l’architecture de la distribution. 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 GENERALITES SUR LES RESEAUX ELECTRIQUES 4 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 uploads/Ingenierie_Lourd/ polycopie-cours-naama.pdf