Le réseau électrique (1ère partie)

Pour mieux appréhender l'apport du SMARTGRID, il est nécessaire de revenir aux fondamentaux. L'article est organisé en 2 parties :

  • 1ère partie : le fonctionnement du réseau électrique, le présent
  • 2ème partie : les acteurs en France, en Europe et un peu d’histoire

Pour construire le futur, il est en effet important de connaitre le présent et le passé…

LE PRESENT…..

Les 3 composants principaux qui constituent le réseau électrique, sont :

  • la production, les centrales électriques
  • le réseau de transport d’électricité
  • le réseau de distribution d’électricité

Le premier composant est « la centrale électrique ». Elle est en charge de la production l’électricité. Trois grandes familles de centrales électriques conventionnelles existent :

  • thermique à flamme
  • nucléaire
  • hydraulique

Pour une centrale thermique à flamme, le combustible dit primaire est basé sur le charbon, le fioul ou le gaz. Il est brulé dans une chaudière qui permet de porter ainsi l’eau liquide à ébullition. Cette dernière se transforme en vapeur d’eau qui est injectée à haute pression pour faire tourner une turbine. Elle fait tourner à son tour un alternateur pour produire de l’électricité.

Pour une centrale nucléaire, le combustible primaire est basé sur l’uranium. La fission des atomes d’uranium fait chauffer une cuve d’eau. Par la suite le processus de production d’électricité reste identique que pour une centrale thermique à flamme.

Pour une centrale hydraulique, le « combustible » est tout simplement de l’eau. C’est justement la force de l’eau due à une différente dénivellation entre les 2 bassins qui fait tourner la turbine. Elle fait tourner à son tour un alternateur qui permet ainsi de produire du courant.

Le courant électrique « triphasé » à la sortie de la centrale possède une fréquence de 50HZ. Aux Etats Unis, la fréquence est de 60HZ. Le Japon utilise à la fois les 2 niveaux de fréquence.

Le tableau ci-dessous résume la capacité de production de chaque type de centrale :

Le niveau de tension du courant produit par la centrale, avant d’être injectée sur le réseau de transport, est élevé jusqu’à 220 KV ou 400 KV. Une tension élevée permet un transport de l’électricité sur une très longue distance avec une perte faible (effet Joule).

Le schéma ci-dessous (source IEA Agence internationale de l’énergie 2010) résume le mix énergétique de la France par rapport aux autres pays (USA, Japon, Chine).

En France, la part de l’énergie nucléaire dans le mix énergétique est élevée. Elle est environ de 75% de l’électricité produite. Les énergies fossiles représentaient 80% de l’énergie produite en Chine, 70% aux Etats-Unis et environ 55% de l’électricité produite en Europe.

La part de l’énergie renouvelable est encore faible. Elle est d’environ respectivement 1,7% pour l’éolien et 0.1% pour le photovoltaïque. La production nette d’électricité en 2010 en France métropolitaine est de 550,3 TWH (Source RTE).
En 2014 dans le cadre du paquet Climat-Energie, l’Union Européenne a revu à la hausse les objectifs de 40/27/27 pour 2030 par rapport à 1990 :

  • 40 % de CO2 en moins
  • 27 % d’énergies renouvelables en plus
  • 27 % d’efficacité énergétique en plus

Le deuxième composant essentiel du réseau électrique est le réseau de transport. Il constitue le cœur du réseau électrique. Il est formé par un ensemble de « postes électriques » et de « lignes électriques » :

  • Le « poste électrique »est un nœud d’aiguillage du courant vers les lieux de consommation ou vers d’autres postes. Il est constitué de transformateurs qui peuvent abaisser la tension ou de l’augmenter suivant les besoins.
  • Une « ligne électrique » est un ouvrage qui relie deux « postes électriques » entre eux. Les lignes du réseau de transport acheminent l’électricité  sur de longue distance.

Le réseau de transport possède une topologie complétement maillée pour assurer ainsi la résilience. En cas de coupure d’une ligne à haute tension, le courant emprunte d’autres chemins.

Le troisième et dernier composant important du réseau électrique est le réseau de distribution. Ce dernier prend le relai du réseau de transport à l’approche des grandes agglomérations ou des zones industrielles. Avant d’être distribué, le courant va subir successivement des baisses de niveau tension jusqu’à 20KV pour les entreprises puis 380/220V pour les particuliers.

Le réseau de distribution possède une architecture non maillée par rapport à celle du réseau de transport. Plusieurs typologies sont mises en œuvre: arbre, boucle.

Tout le long de son transport et de sa distribution, l’électricité doit être stable en tension et en fréquence. Une fluctuation de la fréquence à la hausse de quelques pourcents abimera les câbles électriques. Une fluctuation à la baisse endommagera les équipements de production des usines.

Le tableau ci-dessous résume les différents niveaux de tension utilisés en France :

Une autre caractéristique important de l’électricité est qu’elle ne se stocke à grande échelle pour l’instant. Le courant Produit doit être Consommé (P = C).

Le schéma si dessous résume l’architecture hiérarchique actuelle du réseau électrique :

L’électricité est produite par les centrales électriques et amenée vers les lieux de consommation. L’arrivée des énergies renouvelables va changer ce principe.

RDV dans la prochaine Newsletter pour la 2ème partie. Pour ceux qui s’intéressent au SMART GRID, rejoignez notre Atelier. Le Forum ATENA est partenaire avec le salon SMART ENERGIES 2016 qui aura lieu du 31 mai et 1er Juin prochains à Paris - Espace Grande Arche.
Le congrès se déclinera en deux événements se déroulant dans un même lieu en parallèle :

 

 
 
 
 

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Auteur: 
Rolland Tran Van Lieu - Président de l’atelier SMART GRID de Forum ATENA

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