Défis de développement des énergies renouvelables dans le réseau électrique algérien

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1 Oran, 24 octobre 2016 Défis de développement des énergies renouvelables dans le réseau électrique algérien Dr. Messaoud KHELIF Centre de Développement des Energies Renouvelables, CDER, 16340, Alger, Algérie

2 Principales sources d énergies renouvelables (hors hydraulique) Biomasse Solaire Éolien Matière organique Déchets Thermique CSP PV Carburant Chaleur Électricité Transports Chaud, Froid, Clim Applications autonomes Réseau électrique

3 Moyens de production et contraintes techniques spécifiques Chaîne de conversion de l énergie éolienne GS Onduleur Réseau Chaîne de conversion de l énergie solaire photovoltaïque Echanges des puissances active P et réactive Q P Q Chaîne de conversion de l énergie solaire thermique (CSP)

4 Réseau de transport d électricité de Sonelgaz (Mai 2001)

5 220 kv 12 kv 60 kv 30 kv 400 V 15 kv 400 V Production Transport Distribution

6 Solaire photovoltaïque dans le monde Capacité globale installée (2015): 227 GW La presque totalité est raccordée sur les réseaux électriques de distribution Ex: Evolution des sites de production d électricité au Danemark Eolien dans le monde Capacité globale installée (2015): 433 GW Bien plus que la moitié est raccordée sur les réseaux électriques de distribution

7 Nouveaux paradigmes induits par le développement de la production décentralisée (distribuée) sur les réseaux électriques de transport et de distribution Production centralisée Services auxiliaires KWh Services auxiliaires KWh Transport Transport Transition Distribution Distribution Production décentralisée

8 Défis techniques liés au réseau de distribution Du fait de sa couverture géographique plus étendue et sa commodité à intégrer des installations de production de petite et moyenne capacités, le réseau de distribution est appelé à devenir le principal réceptacle de l électricité d origine renouvelable. L augmentation de plus en plus accentuée de cette dernière dans le mix énergétique, pose à terme de nombreux défis techniques à relever quant à la gestion statique et dynamique du réseau en termes de: 1- Stabilité 2- Protection 3- Qualité de l énergie échangée Initialement, il a été admis que tant que la contribution de la production globale d électricité à base des ressources renouvelables de nature intermittente (solaire, éolien ) reste limitée (inférieure de 15 à 20 % de la production contrôlée), la situation reste gérable selon l approche classique. Avant 2010 Peu de contraintes techniques étaient imposées aux moyens de production de l électricité renouvelable raccordés au réseau de distribution basse tension (résidentiel )

9 Dans le sillage des politiques de transition énergétique Programmes nationaux de développement des énergies renouvelables (Début des années 2000) Développement du réseau pour augmenter sa capacité d accueil des EnRs Progrès techniques Réglementations favorables Feed-in tariffs, net-metering. Développement rapide notamment de l éolien puis du photovoltaïque Libéralisation de l accès au réseau Chute des coûts Seuils critiques d intégration au réseau atteints en seulement quelques années dans certains pays Mutation profonde des réglementations techniques (grid-codes) relatives au raccordement des ressources renouvelables au réseau

10 Leçons allemandes et évolution des standards fixant les règles techniques permettant une intégration coordonnée de l électricité renouvelable au réseau Données Globales 2015 Capacité totale installée : 170 GW Capacité totale Eolien : 40 GW Capacité totale PV : 39 GW (1.4 millions d installations PV) Consommation maximale : 85 GW Consommation minimale : 35 GW Echanges internationaux : 8 à 14 GW Production éolienne et PV du 5/12/2013 Production éolienne et PV du 21/7/2013 Puissances maximales: Photovoltaïque: 3.6 GW Eolien : 26.3 GW Conventionnel: 52.0 GW Puissances maximales: Photovoltaïque: 24.0 GW Eolien : 3.7 GW Conventionnel: 36.3 GW

11 Allemagne 2010: Mauvaises appréciations et leçons à tirer Capacité PV annuelle installée en Allemagne ( ) par gamme de puissance et raccordée au réseau basse tension Capacité PV installée en Allemagne % (14 GW) connectée au réseau de distribution basse tension (résidentiel ) Tous les onduleurs (BT) doivent se déconnecter lorsque la fréquence du réseau dépasse 50.2 Hz Problème

12 Conséquences du choix préalable de fixer le déclenchement des onduleurs connectés au réseau BT en cas de sur fréquence à 50.2 Hz Identification du risque: quoique peu probable, le dépassement du seuil de fréquence de 50.2 Hz qui reste possible, induirait le déclenchement instantané de plusieurs centaines de milliers de petites installations totalisant une production de 14 GW. L énergie de réglage primaire disponible au niveau du réseau continental Européen (3 GW) étant très inférieure à ce seuil, il y a un risque réel de perte de stabilité de la fréquence du réseau. GRs Allemands entso-e Lancement d une étude d envergure pour identifier des solutions techniques au problème tout en minimisant les coûts induits par leur implémentation (retrofitting) Histogramme de la fréquence du réseau continental Européen en 2010

13 Solution retenue Imposer une baisse graduelle de production aux onduleurs concernés lorsque la fréquence dépasse 50.2 Hz et décaler leur déconnexion à 51.5 Hz - Implémentation (retrofitting des installations existantes) -Installations concernées (P> 10 Kw) : onduleurs -Cadence : 8500 à installations / mois -Coût approximatif de l opération: 175 millions d Euros Retombées: Un grid code applicable dès 2011 a été institué spécifiquement pour les installations photovoltaïques raccordées au réseau de distribution basse tension: VDE-AR-N 4105 par VDE (Association Allemande d électricité, électronique et information technologique). Le grid code pour le réseau de transport existe depuis 2003 (par VDN: Association des opérateurs réseaux Allemands) et celui du réseau de distribution moyenne tension depuis 2008 (par BDEW: Association de l industrie Allemande pour l énergie et l eau)

14 Autres retombées Seuils imposés en termes de fréquences (- +) fixant la déconnexion des installations de génération d électricité en Europe selon les ressources renouvelables Elargissement de l étude à travers un recensement systématique des seuils de fréquence imposés et identification de ceux critiques pour le réseau continental Européen Seuils imposés en termes de fréquences (- +) fixant la déconnexion des installations de génération d électricité renouvelable dans 7 pays européens

15 Interactions entre réseau de distribution et systèmes photovoltaïques I- Influences des systèmes photovoltaïques sur le réseau de distribution I-1- Plan de tension: les générateurs PV contribuent à une élévation de la tension au point de connexion. Il ya donc risque de dépassement du seuil maximum imposé ( 0.95 <U/Un<1.05) I-2- Plan de protection: les générateurs PV contribuent au courant de défaut. La sensibilité des protections est donc altérée d où la nécessité de leur recalibrage afin de maintenir une coordination optimale I-3- Qualité de l énergie: Injection d harmoniques et de composantes de courant continu, déséquilibre entre phases..

16 Interactions entre réseau de distribution et systèmes photovoltaïques II- Influences du réseau de distribution sur les systèmes photovoltaïques II-1- Creux de tension: peuvent perturber notablement la qualité de service en fonction de leur profondeur et durée. Ceci est notamment le cas pour les onduleurs qui risquent de se déconnecter. II-2- Présence d harmoniques de tension : risque d altération de la fonction de synchronisation de l onduleur sur la fréquence réseau. II-3- Variation de l impédance réseau : a une influence importante quant au fonctionnement des installations PV et le contrôle du transfert de puissance.

17 Progrès technologiques et principales solutions déjà opérationnelles face aux contraintes techniques liées à l intégration des énergies renouvelables au réseau En plus de leur contribution à la stabilité du système et de sa fréquence à travers un contrôle serré des flux de puissance active, la capacité de génération d énergie réactive par les onduleurs contribue également à solutionner plusieurs problèmes I- Sur le plan statique I-1- réglage de la tension au point de connexion (soutien au plan de tension) I-2- réglage du facteur de puissance de l installation II- Sur le plan dynamique II-1- Qualité de la tension : élimination des harmoniques II-2- Soutien dynamique aux services réseau lors de défauts

18 Illustration de la solution dédiée au problème de creux de tension VRT (Voltage ride through) Gabarit du creux de tension au point de connexion pour lequel les centrales à base de ressources renouvelables doivent rester en service si elles sont raccordées au réseau HT et MT Tunisien Source: Cahier des exigences techniques de raccordement et d évacuation de l énergie produite à partir des installations d énergies renouvelables sur le réseau haute et moyenne tension (STEG, Tunisie, Décembre 2015)

19 Illustration du soutien au plan de tension sur un réseau BT en fonction de la présence de production PV PV Application avantageuse pour améliorer la qualité de la tension et alléger le réseau desservant les agglomérations éparpillées dans le sud Algérien à fort taux de consommation d électricité pour les besoins de climatisation Source: ose.dz

20 Recommandations pour une intégration effective des ressources d énergies renouvelables au réseau électrique national selon le planning prévu dans le programme national de développement des énergies renouvelables 1- Bien préparer la mutation du réseau de distribution pour y intégrer la capacité de production projetée (22 GW à l horizon 2030) 2- Elaboration en urgence de grid codes dédiés aux spécifications techniques de raccordement sur les réseaux de transport (HT) et de distribution (MT et BT). 3- Identifier des zones d activités propices à la production de l électricité à base de ressources renouvelables et les doter de l infrastructure adéquate en termes de capacité d accueil 4- Rendre disponible toute information technique pouvant concerner les producteurs d électricité à base de sources renouvelables et ce afin de leur permettre d optimiser la conduite de leurs projets d investissement 5- Désigner clairement les services centraux ou régionaux susceptibles de mener les études préalables à l octroi de l autorisation de raccordement 6- Entretenir un suivi rigoureux quant à l application stricte des réglementations établies et veiller à une évaluation continue et honnête des étapes franchies

21 Débat sur l évaluation des coûts de l électricité d origine renouvelable et intérêts mis en jeux L'institut de recherches économiques de Berlin (DIW) a pris position à l'encontre de la Commission Européenne accusée de surestimer le coût des renouvelables (3 à 4 fois plus cher que son propre calcul) et de sous-estimer celui du nucléaire (1,5 à 2 fois mois cher que son propre calcul).

22 Conclusion Le développement des énergies renouvelables est assez récent pour éluder toute argumentation à la communauté scientifique nationale quant à ne pas contribuer à la maîtrise des technologies induites. Ceci est d autant plus vrai que certains processus techniques d exploitation de ces ressources gardent des dimensions maîtrisables à notre échelle. Une dynamique à la fois soutenue et sereine reste donc nécessaire pour inculquer une progression honnête et rationnelle vers l objectif assigné.