Smart Grids, réseaux électriques intelligents

Transcription

1 Smart Grids, réseaux électriques intelligents Jeudi 13 mars 2014 Jean-Luc THOMAS Professeur du Conservatoire national des arts et métiers Directeur du département Ingénierie des Systèmes Mécaniques et Electriques 1

2 INTRODUCTION AUX RESEAUX T&D Part 1 TRANSITION ENERGETIQUE Part 2 RESEAUX INTELLIGENTS Part 3 CONVERTISSEURS DE PUISSANCE Part 4 SOCIETAL / REGLEMENTAIRE Part 5 DEMONSTRATEURS Part 6 RESEAUX A COURANT CONTINU Part 7 CONCLUSION Part 8 2

3 INTRODUCTION AUX RESEAUX T&D Part 1 TRANSITION ENERGETIQUE Part 2 RESEAUX INTELLIGENTS Part 3 CONVERTISSEURS DE PUISSANCE Part 4 SOCIETAL / REGLEMENTAIRE Part 5 DEMONSTRATEURS Part 6 RESEAUX A COURANT CONTINU Part 7 CONCLUSION Part 8 3

4 P3 P4 P2 Pn P1 Echanges internationaux Réseaux électriques Transport & Distribution Echanges internationaux C1 C2 C3 Cm 4

5 TRANSPORT DISTRIBUTION Source : Thèse Boyra 5

6 Les types de réseaux Structure maillée Structure étoilée P P TRANSPORT DISTRIBUTION 6

7 Le réseau de distribution purement passif Structure étoilée P DISTRIBUTION 7

8 Le réseau de transport 8

9 INTRODUCTION AUX RESEAUX T&D Part 1 TRANSITION ENERGETIQUE Part 2 RESEAUX INTELLIGENTS Part 3 CONVERTISSEURS DE PUISSANCE Part 4 SOCIETAL / REGLEMENTAIRE Part 5 DEMONSTRATEURS Part 6 RESEAUX A COURANT CONTINU Part 7 CONCLUSION Part 8 9

10 «Révolution industrielle du XXIème siècle» Les Enjeux - Accroissement de la demande en électricité - Plus d énergies renouvelables (EnR) - Ouverture des marchés de l électricité - Emergence de réseaux de transmission locaux - Gestion de la pointe 10

11 Transition Energétique = Système énergétique adapté aux Enjeux du XXIème siècle Echanges flexibles entre : Production décentralisée EnR Poste de consommation énergétique Systèmes de stockage distribués 11

12 TRANSPORT DISTRIBUTION Source : Thèse Boyra 12

13 Les «blackouts» Source CRE Pertes: MW Personnes: 50 millions Durée: jusqu à 2 jours USA / 14 Aout 2003 Pertes: MW Personnes: 57 millions Durée: 2 heures Italie / 28 Septembre

14 Les «blackouts» 4 novembre Hz 49 Hz 49.7 Hz Pertes: MW Personnes: 10 millions Durée: 2 heures Source UCTE 14

15 Securité d approvisionnement Rapport de

16 Absence de blackout national MAIS Blackout massif en Inde : juillet 2012 / 01 août 2012 Photo NASA : 30 juillet 2012 Photo NASA : 31 juillet Plus de 300 millions de personnes touchées - 60 Etats privés d électricité trains affectés 16

17 Le Blackout le plus important de l histoire de l humanité! LES RAISONS? Déséquilibre production / consommation «Vol» d électricité Météo caniculaire Barrages à sec 17

18 INTRODUCTION AUX RESEAUX T&D Part 1 TRANSITION ENERGETIQUE Part 2 RESEAUX INTELLIGENTS Part 3 CONVERTISSEURS DE PUISSANCE Part 4 SOCIETAL / REGLEMENTAIRE Part 5 DEMONSTRATEURS Part 6 RESEAUX A COURANT CONTINU Part 7 CONCLUSION Part 8 18

19 DEFINITION? Source: AREVA T&D 19

20 DEFINITION? Source CRE 20

21 Smart Grids : La nécessaire mutation du réseau électrique Source : ERDF 21

22 Compteur évolué Réseau WAN (GPRS, RTC / Internet ) Système d information centralisé (GRD) SI comptage + SI réseau Concentrateur CPL Source CRE 22

23 Compteur évolué Source CRE 23

24 Source CRE 24

25 Compteur évolué Source CRE Source CRE Exemple d intervention: Changement du calibre de puissance 25

26 Source CRE 26

27 Smart Building RT 2012 Source CRE 27

28 Smart Home Source CRE RT

29 La révolution dans les TIC Internet des objets M2M (Machine-to-Machine) 29

30 Réseau de répartition Réseau de Transport Réseau de distribution Echanges informations Bâtiment Convertisseurs de puissance 30

31 Réseau de répartition Réseau de Transport Bâtiment Réseau de distribution Echanges informations Convertisseurs de puissance Internet des objets - M2M 31

32 INTRODUCTION AUX RESEAUX T&D Part 1 TRANSITION ENERGETIQUE Part 2 RESEAUX INTELLIGENTS Part 3 CONVERTISSEURS DE PUISSANCE Part 4 SOCIETAL / REGLEMENTAIRE Part 5 DEMONSTRATEURS Part 6 RESEAUX A COURANT CONTINU Part 7 CONCLUSION Part 8 32

33 Electronique de puissance HVDC Association Série / Parallèle AC AC Ligne à courant continu Serie SSSC TCSC Ligne à courant continu Parallèle STATCOM SVC F.A.C.T.S. 33

34 INTRODUCTION AUX RESEAUX T&D Part 1 TRANSITION ENERGETIQUE Part 2 RESEAUX INTELLIGENTS Part 3 CONVERTISSEURS DE PUISSANCE Part 4 SOCIETAL / REGLEMENTAIRE Part 5 DEMONSTRATEURS Part 6 RESEAUX A COURANT CONTINU Part 7 CONCLUSION Part 8 34

35 35

36 36

37 37

38 «Apps Store» pour l énergie.. - Utilisation d un «smartphone» - Applications dédiées au «Smart Home» - Gestion de la pointe - Management de la demande - Fort impact sociétal 38

39 INTRODUCTION AUX RESEAUX T&D Part 1 TRANSITION ENERGETIQUE Part 2 RESEAUX INTELLIGENTS Part 3 CONVERTISSEURS DE PUISSANCE Part 4 SOCIETAL / REGLEMENTAIRE Part 5 DEMONSTRATEURS Part 6 RESEAUX A COURANT CONTINU Part 7 CONCLUSION Part 8 39

40 Expérimentation territoriale Les enjeux techniques - Stabilité du réseau - Sureté de fonctionnement du réseau - Economie expérimentale - Comportement des «consom acteurs» - Infrastructures pour véhicule électrique - Objets communicants (M2M) 40

41 Un exemple : Le projet Smart Grids Vendée SGV 41

42 Smart Grid Vendée : un démonstrateur Smart Grid Source : ERDF 42

43 INTRODUCTION AUX RESEAUX T&D Part 1 TRANSITION ENERGETIQUE Part 2 RESEAUX INTELLIGENTS Part 3 CONVERTISSEURS DE PUISSANCE Part 4 SOCIETAL / REGLEMENTAIRE Part 5 DEMONSTRATEURS Part 6 RESEAUX A COURANT CONTINU Part 7 CONCLUSION Part 8 43

44 Source Wikipedia Source Wikipedia Source Wikipedia Un peu d histoire The War of Currents Nikola Tesla ( ) Edison and Tesla Fight Over How To Power the World DC or AC? George Westinghouse ( ) 44

45 Un peu d histoire Electro-magnetic cut-out Rectifying commutator (Rectifier) AC Generator Alternate-current electric motor DC Storage battery Switch SYSTEM OF ELECTRICAL DISTRIBUTION 1887 Main line Incandescent lights Secondary line AC / DC Converter (Transformer) AC Generator 45

46 La liaison VSC-HVDC - Maîtrise des transits de puissance - Contrôle de la puissance réactive - Régulation de la tension - Amortissement des oscillations de puissance - Minimisation du Flicker - Prise en compte de charges intermittentes - Optimisation de la «qualité» du réseau 46

47 DC et / ou AC? Les technologies Les liaisons à courant continu Type VSC-HVDC Eolien «Off-Shore» Technologies de type F.A.C.T.S. Source ABB revue 1/10 47

48 Liaisons à courant continu un exemple dramatique 48

49 49

50 Le transformateur DC! 50

51 Les Nano-Grids! 51

52 Les Nano-Grids! 52

53 INTRODUCTION AUX RESEAUX T&D Part 1 TRANSITION ENERGETIQUE Part 2 RESEAUX INTELLIGENTS Part 3 CONVERTISSEURS DE PUISSANCE Part 4 SOCIETAL / REGLEMENTAIRE Part 5 DEMONSTRATEURS Part 6 RESEAUX A COURANT CONTINU Part 7 CONCLUSION Part 8 53

54 Les réseaux électriques du futur : - Dimension TECHNOLOGIQUE - Dimension ECONOMIQUE - Dimension SOCIETALE - Dimension REGLEMENTAIRE - Dimensions INTERNATIONALE, NATIONALE, REGIONALE - Système «multi-échelles» espace / temps - Hybridation : réseaux AC et réseaux DC 54

55 Merci pour votre attention 55