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B. Les réseaux électriques

I. Analyse des besoins

Pour faire une analyse plus précise et comprendre les enjeux énergétiques, nous allons travailler à partir du site rte-France

Dans l’onglet « Développement durable/ Eco2mix/données nationales », vous trouverez l’ensemble des informations à exploiter

Prendre connaissances de l’ensemble des informations et répondre aux différentes questions

II. La distribution de l’électricité en France

a. Généralités

L’énergie électrique produite par les différentes centrales est transportée en haute tension, ce qui permet d’acheminer de fortes puissances. Cette tension est ensuite abaissée pour la distribution à un niveau plus ou moins élevé selon la puissance demandée par le consommateur final.

Les centrales qui produisent de l’énergie électrique sont implantées selon les conditions géographiques (centrales hydrauliques, éoliennes…), selon les contraintes d’approvisionnement en combustible ou d’alimentation en eau de refroidissement (centrales thermiques…).

Quant aux consommateurs d’énergie, ils sont répartis sur tout le territoire, et souvent éloignés des grandes centrales de production d’énergie.

Le réseau de transport et d’interconnexion assure en permanence une liaison entre les centrales de production et les lieux de consommation, sachant que l’électricité ne se stocke pas (à chaque instant, la production est égale à la consommation).

Toutes les lignes haute tension sont interconnectées, c’est-à-dire qu’elles sont reliées par des postes de transformation assurant la continuité entre les lignes de différents niveaux de tension.

b. De la production à la distribution

Poste d’interconnexion : le but est d'interconnecter plusieurs lignes électriques

Poste de répartition ( ou de distribution) : le but est d'abaisser le niveau de tension pour distribuer l'énergie électrique aux clients résidentiels ou industriels.

Production : La tension la plus courante fournie par les alternateurs des centrales est 20 kV.

Transport et interconnexion : La tension des centrales est élevée à 225 kV pour les boucles régionales ou 400 kV pour les boucles nationales.

Répartition : Au niveau local, la répartition se fait avec des tensions entre 63 et 150 kV.

Distribution : Selon la puissance demandée par les consommateurs, elle se fait entre 230 V et 20 kV.

 

c. Importance des réseaux de transport, répartition et distribution

Les réseaux de transport et de distribution représentent près de 1 400 000 km de circuits à travers l’ensemble du territoire français en HT et BT

Environ 37,4 % des circuits sont souterrains. Les gestionnaires se sont engagés à ne pas construire de nouvelles lignes aériennes et à poursuivre l’enfouissement de celles existantes.

- 15426 km de nouvelles lignes HTA et BT construites en souterrain

- 98.1%de lignes nouvelles lignes HTA construites en souterrain

 

2314 postes sources HTB/HTA

            792 291 postes de transformation HTA/BT

d. Les différents types de distribution électrique.

Ce poste de livraison comme celui de la photo HTA/BT comporte essentiellement de l’appareillage et un ou plusieurs transformateurs afin d’assurer les fonctions suivantes :

  • Dérivation du courant sur le réseau
  • Protection du transformateur coté HT
  • Transformation HTA/BT
  • Protection du transformateur coté BT
  • Comptage d’énergie

Toutes les masses métalliques du poste sont reliées à la terre. Pour l’intervention dans le poste, les arrivées doivent être sectionnées et les câbles reliés entre eux et mis à la terre

Les postes en simple dérivation

Chaque poste de transformation est alimenté en « simple dérivation » sur une artère principale ou secondaire. Ce type d’alimentation est surtout utilisé en distribution rurale ou aux alentours des grandes villes, et en aérien.

En cas d’avarie sur le réseau HTB, tous les utilisateurs rattachés à la dérivation sont privés d’énergie.

Les postes en coupure d’artère

Tous les postes MT/BT sont branchés en dérivation sur une boucle ouverte en un point (dit point de coupure) proche de son milieu. Tous les appareils de coupure d’artères, sauf un , sont fermés.

Ce type de réseau est surtout réalisé en souterrain et, en général, en milieu urbain. En cas de défaut sur une boucle, on peut toujours alimenter tous les postes.


 

Les postes en double dérivation

Chaque poste est alimenté par 2 câbles avec permutation automatique en cas de manque de tension sur l’une des arrivées.

Cette disposition est utilisée en région parisienne et dans les grandes villes.

Employé pour les réseaux souterrains qui ont une continuité bien meilleure que les réseaux aériens.

Exercice:

Sur le schéma suivant :

  • Identifier le type de distribution en justifiant votre réponse
  • Dessiner la structure de l’installation par un schéma bloc
  • Lister les différents domaines de tension
  • Donner la signification de « poste cogénération »

e. Les domaines de tension

III. Le transport de l’énergie électrique

a. Eléments des lignes aériennes

b. Les pylônes

Environ 250 000 pylônes sont utilisés pour le transport en HTB sur près de 100 000 km. Ces pylônes sont le plus souvent constitués de treillis et de cornières métalliques. Ils peuvent également être tubulaires en métal ou en béton

c. Les câbles

Tous doivent réaliser un équilibre entre solidité mécanique (tenue) et résistance électrique (conductivité). Les conducteurs en aluminium à armure acier (ACSR) sont très résistants et supportent les hautes tensions sur de longues portées. Les conducteurs tout aluminium (AAC), insensibles à la corrosion, conviennent parfaitement aux conditions sévères

Caractéristiques des lignes aériennes                                       

Les lignes aériennes peuvent comporter :

-1, 2 voire plus de « circuits ».

- Chaque « circuit » est composé de 3 phases.

- Il peut y avoir de 1 à 4 conducteurs par phase.

La capacité (puissance transportable) d’une ligne aérienne dépend beaucoup de ses caractéristiques :

- A caractéristiques égales, le rapport de la puissance transportée entre une ligne 400 kV et une ligne 225 kV est égal au rapport des tensions, soit 1,75.

- Les lignes à 400 kV comportent plusieurs conducteurs par phase, ce qui est plus rare en 225 kV

 

Les lignes souterraines

Pour des raisons d’esthétique, on serait tenté de remplacer des lignes aériennes par des câbles souterrains mais cela pose des problèmes :

- Un câble souterrain se comporte comme un condensateur (âme du câble et armature en sont les électrodes). Par exemple pour un câble de 400 kV, la distance critique est de 45 km, au-delà, le courant ne circule plus.

- Une canalisation souterraine est assez vulnérable et beaucoup plus difficile à localiser.

- Une ligne souterraine coûte 12 à 15 fois plus chère qu’une ligne aérienne.

 Liaisons en alternatif

Les câbles souterrains peuvent comporter :

- 1, 2 voire plus de « circuits », qui doivent être suffisamment éloignés entre eux.

- Chaque « circuit » est composé de 3 phases.

- Chaque phase peut nécessiter 1, 2 ou plus de câbles.                   

En pratique, on regroupe les câbles en « trèfle » :     

Les liaisons en courant continu

Les liaisons en courant continu comportent :

- 1 ou 2 « dipôles » (paire de conducteurs).

- Des stations de conversion d’environ 5 ha à chaque extrémité.

A puissance égale, l’emprise des câbles est moindre qu’en alternatif et la distance pouvant être parcourue plus grande.

 

Des exemples :

- France / Angleterre : IFA 2000 (2000 MW, 47 km)

- Italie / Corse / Sardaigne : SACOI (300 MW, 422 km)

- Norvège / Pays-bas : NorNed (700 MW, 580 km, 600 M€),

- En projet : Grande Bretagne / Pays-Bas : BritNed (1000 MW, 260 km, 600 M€)

IV. Vers des réseaux de distribution d’électricité intelligents ou SMART GRID

a. Principe

Le smart grid est une des dénominations d'un réseau de distribution d'électricité « intelligent » qui utilise des technologies informatiques de manière à optimiser la production, la distribution, la consommation et qui a pour objectif de mieux mettre en relation l'offre et la demande entre les producteurs et les consommateurs d'électricité


 
L'apport des technologies informatiques devrait permettre d'économiser l'énergie en lissant les pointes de consommation et en diminuant les capacités de production en pointe qui sont les plus couteuses et les plus polluantes, de sécuriser le réseau et d'en réduire le coût.

C'est aussi une réponse (partielle) à la nécessité de diminuer les émissions de gaz à effet de serre pour lutter contre le dérèglement climatique

Intérêt du réseau intelligent

Sachant que l'électricité ne peut pas être stockée en grandes quantités, les technologies du "réseau intelligent" cherchent à optimiser la production et la distribution de l’électricité en fonction de la consommation (quantité et localisation) afin de :

- Optimiser le rendement des centrales ;

-  Minimiser les pertes en ligne ;

-  Favoriser l'insertion de la production décentralisée, en particulier d'origine renouvelable;

-  Distribuer l’électricité au meilleur prix possible

b. Le compteur lynky :

 

Linky présente de nombreux avantages pour le client. A commencer par une facture qui pourra être calculée sur la base de la consommation réelle, des interventions réalisées à distance (donc sans contrainte de rendez-vous) et dans des délais beaucoup plus courts.

Les compteurs actuels sont des compteurs électromécaniques ou électroniques. Ils mesurent l’énergie consommée et nécessitent l’intervention de techniciens pour les opérations les plus simples de la vie courante (mise en service, relevé, modification de puissance).

Linky est un compteur communicant, ce qui signifie qu’il peut recevoir et envoyer des données et des ordres sans l’intervention physique d’un technicien.

C’est un compteur, nouvelle génération mais aussi un système d’information associé. Pour cela, il communique à un concentrateur, sorte de mini-ordinateur intégré aux postes de transformation gérés par ERDF.

 Le concentrateur est relié au centre de supervision d’ERDF

Installé chez les clients et relié à un centre de supervision, il est en interaction permanente avec le réseau, qu’il contribue à rendre «intelligent».