STRUCTURES ET ENJEUX DU RACCORDEMENT ELECTRIQUE. CCI Nord Pas de Calais Programme EOLISSIMA. Julien ISAMBERT

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1 STRUCTURES ET ENJEUX DU RACCORDEMENT ELECTRIQUE CCI Nord Pas de Calais Programme EOLISSIMA Julien ISAMBERT 20 mars 2014

2 Structure et enjeux du raccordement électrique Présentation générale de SERHY I. Etudes de faisabilité Détermination des conditions de raccordement Analyses coûts / délais II. Ingénierie électrique Dimensionnement économique Répartition inter-éolien Schéma unifilaire III. IV. Lots électriques Poste de livraison Fourniture et mise en service des lots électriques Simulations numériques Contrôle de performances (cadre règlementaire, exemples d études) Perturbations signal 175Hz V. Gestion et optimisation du raccordement Procédure et processus Expertises et interventions SRRRENR

3 LA SOCIETE SERHY HISTORIQUE Plus de 25 ans d expérience dans l énergie qui fait de SERHY l un des plus grands opérateurs privés en France. Trois implantations : Siège social : Saint Amans-Soult (81) Bureau d études et d exploitation: SISTERON (04) Bureau d études : Toulouse (31) Propriétaire de 12 centrales hydroélectriques totalisant KWh Exploite et assure sous contrat, la maintenance pour un total de 43 centrales représentant une production de 210 millions de KWh.

4 LA SOCIETE SERHY ACTIONNARIAT Principalement familial, adossé à un grand énergéticien européen Groupe Familial LOUP et ROUX : 64,5 % ES-ENERGIE DE STRASBOURG* : 35,5 % * Filiale d EDF

5 LA SOCIETE SERHY NOS METIERS Une société totalement intégrée Développement et Conception Construction-Rénovation Raccordement électrique Exploitation-Maintenance Achat de l énergie hydroélectrique en partenariat avec ES Valorisation de l énergie : certificats verts, garanties d origine Achat-Vente de centrales hydroélectriques Certification ISO 14001

6 ETUDES DE FAISABILITE Détermination des conditions de raccordement Identification des possibilités de raccordement, au regard des réseaux disponibles, en cours de réalisation ou à venir ; Zone de Projet Analyse du ou des SRRRENR, le cas échéant en collaboration avec les gestionnaires de réseaux et les représentants de producteurs ; Analyse règlementaire des textes en vigueur, documentation technique de référence des gestionnaires de réseaux, avis et décision de la CRE ; Echanges itératifs avec le Producteur sur les stratégies de développement et raccordement à prendre en compte pour l étude ; Elaboration de stratégies de développement vis-à-vis des perspectives de raccordement.

7 Distance Nom du poste Capacité Réservée(MW) Potentiel de raccordement en MW Transformation HTB/HTA disponible en MW Capacité Réservée immédiatement disponible (MW) Evolution de la capacité réservée disponible ETUDES DE FAISABILITE Rapport et analyses PdL km E6 14,5 Poste 1 poste client RTE E6 16,5 Poste , E6 22 Poste , 17 fin 2015 E1 30 Poste , 17 fin 2015 Comparaison des solutions de raccordement suivant les ouvrages réseaux (postes sources, postes privés, réseaux existants le cas échéant) ; Etudes paramétriques et comparatives pour différents niveaux de puissances de projet et différents ouvrages de raccordement. Détermination des délais de raccordement. Evaluation des coûts en k et en k /MW.

8 INGENIERIE ELECTRIQUE Dimensionnement économique des câbles HT Enjeux : détermination des meilleurs types de câbles au regard des distances, puissances transitées et pertes en exploitation (actualisation 20 ans). Données d entrées : Puissances unitaires ; Tension réseau, niveaux de fourniture/consommation d énergie réactive ; Paramètres de vent type Weibull (A,K) et/ou courbe de production de l éolienne.

9 INGENIERIE ELECTRIQUE Dimensionnement économique des câbles HT

10 INGENIERIE ELECTRIQUE Répartition inter éolien choix des câbles Haute Tension Extrait norme NFC câbles unipolaires Courant admissible câbles (A) câbles tripolaires Sections mm² Cuivre Aluminium Cuivre Aluminium Câble tripolaire

11 INGENIERIE ELECTRIQUE Répartition inter éolien choix des câbles Haute Tension En conclusion, le choix des sections et type de câbles est fonction d un compromis entre : Tension réseau Puissances à transiter Niveau des pertes (nombre d heures, tarif d achat, distances entre éoliennes, actualisation à n années) Coût des câbles Facilité d exploitation Échauffement Niveau de puissance réactive = Compromis technique / investissements / pertes

12 INGENIERIE ELECTRIQUE Schéma unifilaire Raccordement au réseau : Poste source et transformateur Type et distance de raccordement Bandeau d énergie réactive Structure du poste de livraison : Cellules HTA (marque et type) Type de protections réseau TC et TP (classe, puissance, ratio) Comptage DEIE Traitement des auxiliaires Structure des unités de production : Distances + remontées dans l éolienne Raccordement HT/BT dans l éolienne Mise à la terre Interlocking (type et références) Conforme aux exigences d ERDF (complétude du dossier de demande) Permet la parfaite visualisation du projet en développement puis en exploitation

13 LOTS ELECTRIQUES Poste de livraison (PDL) Surface possible < 20m² s affranchir du PC [Attention si imposition ERDF de filtre 175Hz TCFM]

14 LOTS ELECTRIQUES Poste de livraison Structure : Optimisation et insertion des éléments techniques (cellules HT, filtre, SCADA, TGBT, etc.) en collaboration avec le fournisseur de matériel et le turbinier ; Automatisation du poste = mensualisation de l énergie réactive, gestion du DEIE, ré-enclenchements ; Gestion des informations entre le SCADA et le (ou les) compartiment(s) HTA. Exemple poste<20m² avec filtre actif 175Hz + local SCADA Vestas

15 LOTS ELECTRIQUES Poste de livraison Mise en service : Obtention du certificat de conformité Consuel ; Interventions avec ERDF pour les essais comptages, protection ; Validation des essais DEIE en collaboration avec ERDF et le turbinier. Elaboration de CCTP, PV d essais, DOE.

16 SIMULATIONS NUMERIQUES Contrôle de performance Contexte : Arrêté du 6 juillet 2010 précisant les modalités du contrôle des performances des installations de production raccordées aux réseaux publics d'électricité en moyenne tension (HTA) et en haute tension (HTB) ; Documentation Technique de Référence (DTR) des gestionnaires de réseaux ERDF et RTE. Contrôles à réaliser avant mise en service du projet (extrait note ERDF)

17 SIMULATIONS NUMERIQUES Contrôle de performance Exemple 1 : Etudes des capacités constructives en énergie réactive au PDL Données d entrée : Résultats obtenus : Architecture du parc Tension contractuelle au PDL Caractéristiques des unités de production, des câbles et des transformateurs Diagramme [P, Q] au Poste De Livraison Diagramme [U, Q] au Poste De Livraison Dimensionnement de bancs de condensateurs (le cas échéant)

18 SIMULATIONS NUMERIQUES Contrôle de performance Exemple 1 : Etudes des capacités constructives en énergie réactive au PDL Parc éolien de 12 MW raccordé au réseau ERDF Vérification des plages règlementaires (arrêté du 23 avril 2008) Vérification des plages contractuelles (PTF, Proposition Technique et Financière) Comparaison des différentes technologies Modélisation SERHY validée par le fournisseur d éoliennes

19 SIMULATIONS NUMERIQUES Contrôle de performance Exemple 2 : Etudes des à-coups de tension au couplage Réglage des paramètres de la machine asynchrone Obtention des impédances réseau par ERDF Etablissement et vérification du modèle de transformateur Schéma PSIM du modèle de simulation

20 SIMULATIONS NUMERIQUES Contrôle de performance Exemple 2 : Etudes des à-coups de tension au couplage Correction des paramètres de la machine asynchrone Mesure de la tension entre-phases lors de l opération de couplage "valeurs théoriques" "valeurs obtenues sans correction" "valeurs obtenues avec correction" 500 VP4 Sn (VA) cosphi 0,87 0,87 0,91 Pn (W) In (A) Time (s) Modélisation SERHY validée par le fournisseur d éoliennes

21 SIMULATIONS NUMERIQUES Perturbation du signal 175Hz Signal servant à transmettre les ordres tarifaires (heures pleines, heures creuses) Signal superposé au signal 50 Hz Calculs des taux «amont» et «aval» avant et après raccordement Vérifier si l installation d un filtre est nécessaire Dimensionnement du filtre type passif

22 GESTION DU RACCORDEMENT Niveaux de tension de raccordement de référence Arrêté du 23 avril 2008 Appellation Domaines de tensions Domaines de puissances BT Basse Tension Haute Tension A 1 kv < U 50 kv Haute Tension B U > 50 kv 0 < U V monophasé : 0 < P 36 kva triphasé : 36 kva < P 250 kva HTA 15 et 20 kv 250 kw < P 12 MW (10,17,26,30) < 17 MW sous dérogation ERDF HTB 1 63 et 90 kv 12 MW < P 50 MW (42, 150) < 100 MW sous dérogation RTE HTB kv 50 MW < P 250 MW HTB kv P > 250 MW Distribution : 1 gestionnaire principal ERDF + différentes régies locales (SICAE Oise, Pithiviers, ) Transport : 1 gestionnaire du réseau RTE

23 GESTION DU RACCORDEMENT Nouvelle procédure de raccordement ERDF applicable au 11 février 2014 (ou sur demande express d un Producteur déjà en file d attente) Procédure issue de la Délibération de la Commission de Régulation de l Energie (CRE) du 25 avril 2013 Principaux enjeux : Cadrer les délais de traitement et demandes de compléments Données non liées à l Obligation d Achat (PV) Possibilité de choix de raccordement différent par le Producteur Suspension du processus en cas de recours Cadrer les limitations temporaires Raccordement indirect (cas des extensions de parc) Liens ERDF RTE Code de l Energie, arrêtés, Décrets, Lois : plus de 200 textes!

24 ENJEUX DU RACCORDEMENT Processus de raccordement Entrée en file d attente : expertise et conseil pour complétude de la demande. (taux SERHY 97%) Elaboration de la solution de raccordement en collaboration avec le gestionnaire de réseau. Puissance VS type de câble (aluminium, cuivre) Distance VS élévation de tension (notamment impact du bandeau de régulation de réactif) Solution de raccordement i. selon la solution de raccordement de référence (moindre coût et disponibilités du réseau) ii. selon le choix du gestionnaire de réseau (surcoût à charge du gestionnaire) iii. selon le choix du demandeur (délais de raccordement, surcoûts à charge du demandeur)

25 ENJEUX DU RACCORDEMENT Expertise et interventions de SERHY Variations des coûts Surévaluation des coûts PTF ; Maitrise des solutions de raccordement : diminution de la part cuivre, modification de la solution de référence ; Diminution des coûts grâce à un bon appel d offre de réalisation ; Variations des délais Maitrise des autorisations administratives : améliorer le suivi ; Calage des travaux de renforcements des réseaux le cas échéant (période de basses consommation, ordres de services, etc.) ; Mise en service provisoire. Rassembler les interlocuteurs Gestionnaires, producteurs, administrations, entreprises de TP, fournisseurs, etc. Excellente connaissance des réseaux et situations sur le territoire.

26 ENJEUX DU RACCORDEMENT Schémas Régionaux de Raccordement aux Réseaux des ENR : SRRRENR Constat : saturation des réseaux + 1 er arrivé 1 er payeur Principe retenu : quote-part régionale, anticipation des gestionnaires pour renforcer des réseaux But : suppression des effets barrière/aubaine, disponibilité et réservation du réseau pour les ENR Enjeux à venir : maitrise des délais et des solutions de raccordement, capacités réservées «imposées» 1 ères solutions : transfert de capacités réservées, choix de la solution de raccordement, indicateurs et suivi des délais d études et administratifs? Exemples de quote-part : Nord Pas de Calais = 9.19 k /MW Picardie = 58.6 k /MW Etat des SRRRENR (source SER, janvier 2014)

27 Merci de votre attention. Julien Isambert Responsable du Pôle électrique Intervenant commissions raccordements des syndicats Représentant de producteurs auprès de la DTN ERDF +33(0) (0)

28 ANNEXES Stratégies de raccordement : exemples de schémas de raccordement ERDF et RTE Impact des technologies de machines électriques sur le réseau Energie réactive Analogie au plan incliné

29 LOTS ELECTRIQUES Stratégies de raccordement Réseaux de distribution local 10 à 50 kv Poste source Générateur 660, 690 V Raccordement HTA ERDF 1 Réseaux de transport 110 à 750 kv Transformation Basse Tension / Moyenne Tension Poste de livraison Câbles inter éolien moyenne tension (10 kv à 50 kv) Poste de transformation privé Raccordement HTB RTE 2

30 LOTS ELECTRIQUES Stratégies de raccordement TSO T1 distribution DSO Inlet 1 Inlet 2 S2 S2 CBCP 1 CBCP 2 1. Raccordement Moyenne Tension + Plus simple : câbles, poste, prescriptions ERDF + Moins coûteux - Puissance limitée (12 voire 17 MW) CT21 T11 T12 POSTE LIMITE DE PROPRIETE DU PRODUCTEUR HTA switchboard / 15 to 30kV CT 22 Network Voltage General circuit breaker Auxiliaries WTG Switch Meter switch SF6 48Vcc undervoltage Feeder Feeder coil NS VM CB1 CB2 AUX WD WTG Feeder WD A G J Auxiliaries Transformer POSTE DE TRANSFORMATION DU GESTIONNAIRE DE RESEAUX CCB Câble de distribution haute tension EOLIENNE PCC T11 36 MVA Uc 10300m mm 2 Alu Tan φ requirements Earthing System Auto-reclosing A M 3 CT double 400 / 5 A 3 CT 3 PT double 400 / 5 A 20kV / 100V 15VA cl??? 30VA cl??? 7.5 VA Meter cl??? Multifonction 7,5 VA protection??? relays T D T 20kV / 400V 100kVA Low voltage (48Vcc charging ) Sortie à gauche Switch gear Entrée au milieu Transfo à droite 21kV 660V 3000kVA IT scheme Nordex Control 2 / CWE >5 VA cl 0.2s M 1 MALT A Idem WTG Low voltage TN-S scheme N kW Idem WTG 3 WTG 4 Idem WTG 3 WTG 5 Idem WTG 3 WTG 6 WTG 2 C HTa 20kV 3x 150 mm² Alu 530 ml R= ohm (90 C) X= ohm WTG 3 C HTa 20kV 3x 150 mm² Alu 250 ml R= ohm (90 C) X= ohm MALT C HTa 20kV 3x 150 mm² Alu 720 ml R= ohm (90 C) X= ohm C HTa 20kV 3x 150 mm² Alu 590 ml R= ohm (90 C) X= ohm C HTa 20kV 3x 240 mm² Alu 50 ml R= ohm (90 C) X= ohm

31 LOTS ELECTRIQUES Stratégies de raccordement GND LIGNE HAUTE TENSION DU GESTIONNAIRE POSTE DE TRANSFORMATION DU PRODUCTEUR Inlet S2 2. Raccordement Haute Tension + Importantes capacités sur un raccordement + Isolé du réseau de distribution CBCP 1 CT21 HV/MV TR - Plus complexes : ouvrages, prescriptions RTE, exploitation CT 22 CCB SVC Idem WTG 1 Idem WTG 1 Idem WTG 1 Idem WTG 1 Idem WTG 1 Auxiliaries Transformer Câbles privés haute tension WTG 10 WTG 9 WTG 8 WTG 7 WTG 6 WTG line 2 Switch gear 2 EOLIENNE Left Side Output Center cell input From transfo 1 Idem WTG1 Idem WTG 1 Idem WTG 1 Idem WTG 1 Idem WTG 1 Idem WTG 1 Idem WTG 1 Idem WTG 1 Idem WTG 1 Idem WTG 1 WTG 2 WTG 3 WTG 4 WTG 5 WTG 11 WTG 12 WTG 13 WTG 14 WTG 15 WTG 16 4 Low voltage TN-S scheme 3 N kW WTG line 3 WTG1 WTG line 1

32 Stratégies de raccordement Schéma type ERDF Raccordement Haute Tension via câble direct vers poste source de distribution Poste de livraison

33 Stratégies de raccordement Schémas type RTE 1. Coupure d Artère sur ouvrages existants

34 Stratégies de raccordement Schémas type RTE 2. Coupure d Artère via ouvrages à créer

35 Stratégies de raccordement Schémas type RTE 3. Piquage Conditions France: Lignes < 400 kv Distances limitées entre postes existants Puissance < 150 MW

36 Impact des technologies de machines électriques sur le réseau Différences principales entre machines synchrones et asynchrones : Réactif (réglage de la tension) Tenue en fréquence Creux de tension

37 Energie réactive Analogie du plan incliné 1/2 La puissance active nécessaire est la même si le plan était plat, mais un homme doit garder la balle sur un niveau horizontal. Conséquences: 1. Perte de capacité (cet homme ne peut pas être utilisé pour pousser) 2. Pertes supplémentaires par frottements (l homme doit toucher la balle) Puissance apparente (VA) ϕ Puissance réactive (VAr) B x Puissance active (W) x A

38 Energie réactive Analogie du plan incliné 2/2 ϕ : déphasage imposé par la charge (Z ou inclinaison du plan) induisant augmentation des puissances en jeux (Q ou 2 ème homme) Q = S. sinφ P = S. cosφ S = 3. U. I = P² + Q² La puissance apparente S est la résultante effectivement nécessaire pour le transport des énergies. La puissance active P est la celle fournie et utile. La puissance Q est une «perte» nécessaire au bon fonctionnement des réseaux électriques (imposé par les charges). S puissance apparente (VA) ϕ Q puissance réactive (VAr) Nota : Q est nécessaire et permet d autres propriétés électrotechniques sur les réseaux (magnétisation des machines tournantes, gestion du plan de tension, etc.) B x P puissance active (W) x A