1.
L'industrie de la production d'énergie électrique
A notre époque et sans électricité, la vie
quotidienne serait difficilement envisageable. Il est donc
nécessaire de savoir la produire de manière efficace et continue. La
production doit en tout instant être capable de satisfaire la
demande (consommation+ pertes). Elle doit donc prévoir des moyens de
production pour couvrir l'extrême pointe de la demande, même si
cette dernière n'existe que quelques minutes par an.
La centrale de production est la composante
élémentaire de l'organisation des moyens de production
d'électricité. Une centrale peut regrouper sur un même site
plusieurs unités de production, souvent de même technologie et de
même puissance. Elle est formée d'un ensemble d'éléments en
interaction entre eux c'est les groupes (alternateurs) et les
éléments de commandes [2].
Ce sous-système est destinée à produise de
l'électricité par l'intermédiaire des alternateurs à une tension
comprise entre 5000 et 24 000 V: Cette tension insuffisante
pour assurer un transport économique, est élevée à une valeur
comprise entre 63 et 400 Kv dans des transformateurs situés dans un
poste de départ placé au voisinage immédiat de l'usine.
Pour répondre à la consommation croissante
d'électricité, il a fallu inventer et construire des centrales
capables de produire de l'électricité en grande quantité. Les trois
principaux modes de production sont les centrales nucléaires, les
centrales à combustibles fossiles et les centrales hydroélectriques.
Les centres de production sont répartis relativement uniformément
dans l'ensemble du réseau interconnecté, évidemment dépendant de
source froide pour les productions thermiques et de localisation
adéquate pour les sources hydrauliques et plus récemment éoliennes
ou solaires, marémotrice, géothermale,......
La turbine et l'alternateur sont les deux pièces
maîtresses de ces générateurs d'électricité. Dans le cas des usines
thermiques, la turbine est entraînée par la vapeur produite dans les
chaudières où l'on brûle les combustibles. Alors que dans le cas des
usines hydroélectriques, la turbine est animée par la force de
l'eau. La turbine est couplée à un alternateur, un grand aimant
cerclé d'une bobine, qui va produire un courant alternatif en
tournant. Une fois le courant produit, il doit être amené jusque
chez le consommateur.
Les moyens mis en oeuvre sont diversifiés, et
dépendent de plusieurs facteurs :
§ Les technologies disponibles et sa fiabilité;
§ La production nécessaire;
§ Le rendement possible;
§ Le coût des éventuelles matières premières.
Les unités de production présentent différents
degrés de fiabilité et d'incertitude. Ce degré de fiabilité peut
être interprété comme le degré de précision dans la prévision de la
capacité de production d'une centrale. Les erreurs de prévision de
capacité peuvent venir du manque de prévision sur la force motrice
(par exemple, courant d'eau ou vitesse du vent). L'exemple le plus
typique est ici la production éolienne, dont le niveau de production
dépend de la vitesse du vent. Cette vitesse est un phénomène
climatique qui dépend de plusieurs variables, et qui est très
difficile à prévoir avec exactitude. Les erreurs de prévision
peuvent venir aussi de la défaillance forcée d'une unité de
production ou d'autres facteurs qui l'empêchent d'atteindre leur
niveau normal de production. Le cas le plus extrême est quand
l'unité n'arrive pas à démarrer comme prévu, ou qu'elle doit être
arrêtée complètement pour des problèmes techniques [1,2,3].
2. Les sous-systèmes de transformation
Pour transporter une énergie électrique à grande
distance, il est essentiel, sur le plan économique, de minimiser
l'énergie gaspillée par effet Joule de long de la ligne de
transport, la solution la plus rentable consiste à élever le niveau
de tension au départ pour le ramener à une tension plus basse,
éventuellement la tension de départ, au point d'utilisation. Les
deux opérations de changement de tension sont effectuées par des
transformateurs.
Ces sous-systèmes sont formés d'un ensemble de
transformateur (élévateurs ou abaisseurs) placé en parallèle dont la
capacité ou bien la performance totale est la somme des différentes
versions et type de transformateur.
1.2.3. Les moyens de transport l'électricité
Comme l'électricité ne se stocke pas en grande
quantité, la production doit s'adapter sans cesse à la consommation.
C'est pourquoi l'énergie produite doit être acheminée en temps réel
jusqu'aux consommateurs. On appelle réseau électrique l'ensemble des
infrastructures permettant d'acheminer l'énergie électrique des
centrales électriques, vers les consommateurs d'électricité.
Le réseau de transport d'électricité est situé en
amont des réseaux de distribution, il se compose de deux
sous-ensembles
3.1. Le réseau transport et d'interconnexion
Il est destiné à transporter des quantités
importantes d'énergie sur de longues distances (vu la dispersion
géographique entre les lieux de production et les centres de
consommation). Il constitue l'ossature principale pour
l'interconnexion des grands centres de production. Ce réseau peut
être assimilé au réseau autoroutier. Ses lignes atteignent des
milliers de kilomètres.
3.2. Les réseaux de répartition régionale ou locale
Ils sont destinés à répartir l'énergie en quantité
sur des distances plus courtes. Le transport est assuré en très
haute tension (225000 volts) et en haute tension (90000 et 63000
volts). Ce type de réseau est l'équivalent des routes nationales
dans le réseau routier. La finalité de ce réseau est avant tout
d'acheminer l'électricité du réseau de transport vers les grands
centres de consommation. Ces derniers sont : soit du domaine public
avec l'accès au réseau de distribution HTA, soit du domaine privé
avec l'accès aux abonnés à grande consommation (supérieure à10 MVA)
livrés directement en HT [2].
Fait à base d'une configuration arborescente de
même niveau de tension, alors ces lignes sont placées en parallèle
servent à transiter la marchandise d'un point A vers le point B. Ces
lignes se caractérisent par leurs capacités de transport, fiabilité,
aussi leurs coûts.
De plus les puissances transportées sont telles,
que l'utilisation d'une tension basse entraînerait des sections de
câble tout à fait inadmissibles. L'usage des tensions élevées se
trouve donc imposé malgré les contraintes d'isolement qui se
traduisent par des coûts de matériel plus importants, La solution la
plus facile étant l'utilisation de lignes aériennes.
Dans tous les cas, le choix d'une tension de
transport est avant tout un compromis technico-économique, fonction
des puissances à transporter et des distances à parcourir.
La structure de ces réseaux est généralement de
type aérien (parfois souterrain à proximité de sites urbains). Dans
ce domaine, les politiques de respect de l'environnement et de
protection des sites.
4. Distribution de l'énergie
La finalité de ce réseau est d'acheminer
l'électricité du réseau de répartition aux points de consommation.
Les réseaux de distribution sont destinés à acheminer l'électricité
à l'échelle locale, c'est-à-dire directement vers les consommateurs
de plus faible puissance. La distribution est assurée en moyenne
tension (HTA) et en basse tension (BTA). C'est l'équivalent des
routes départementales et des voies communales dans le réseau
routier [2].
La majeure partie des consommateurs d'énergie
électrique sont alimentés par le réseau basse tension (230 et 400
volts) : pavillons, immeubles d'habitation, écoles, artisans,
commerçants, professions libérales, exploitations agricoles...
D'autres sont alimentés en moyenne tension : grands hôtels, hôpitaux
et cliniques, petites et moyennes entreprises... De gros industriels
sont alimentés directement par le réseau de transport, avec un
niveau de tension adapté à la puissance électrique dont ils ont
besoin.
Le choix d'une topologie fixe les principaux
éléments de conception d'une distribution. Plusieurs topologies
peuvent être rencontrées:
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