Optimiser les réseaux de transport

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Classe(s) : Tle Générale | Thème(s) : Optimisation du transport de l’électricité


Dans un contexte de transition vers les énergies renouvelables et de croissance du parc de véhicules électriques, les opérateurs de réseaux doivent faire face à une production fluctuante et à de nouveaux besoins.

I La modélisation du réseau

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Un graphe de transport (ou graphe de flot) est composé d’un ensemble de sommets (représentés par des cercles sur le doc.), reliés par des arêtes (ou arcs).

Un sommet auquel aboutissent plusieurs arêtes est aussi appelé nœud (cercle vert sur le doc.).

Pour un réseau électrique, les sommets représentent :

les sources, c’est-à-dire les installations de production de l’énergie électrique ;

les postes électriques, installations de commutation et d’aiguillage ;

les cibles destinatrices, c’est-à-dire les sites de consommation ou les passerelles vers d’autres réseaux.

Doc Graphe de transport d’un réseau électrique simple

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Les arêtes entre les sommets représentent les lignes électriques qui les relient. La valeur de l’intensité empruntant une ligne à un instant donné peut être indiquée. Le sens des transferts est indiqué par des flèches.

À noter

Contrairement au schéma électrique, le graphe de transport symbolise les trois câbles de la ligne électrique par une arête unique.

Le graphe doit être réaliste du point de vue de la physique. Ainsi :

la somme des intensités sortant d’une source correspond à sa production ;

la somme des intensités entrant dans une cible correspond à sa consommation ;

à tension inchangée, la somme des intensités entrant dans un poste électrique doit être égale à la somme des intensités qui en ressortent ;

la production totale des sources doit équilibrer à chaque instant la consommation totale des cibles, car l’électricité ne peut pas être stockée en tant que telle.

II Rendre égales la production et la consommation

Historiquement, les gestionnaires de réseaux ont toujours plutôt adapté la production à la consommation, ce qui nécessite d’avoir des centrales électriques pilotables, c’est-à-dire dont on peut ajuster la production facilement.

À l’heure où l’essor des véhicules électriques engendre une consommation supplémentaire, une part de plus en plus importante d’énergies renouvelables (EnR) solaire et éolienne est introduite dans le réseau. Ces productions, qui dépendent de l’heure et de la météo, sont intermittentes et non-pilotables.

Pour en intégrer une proportion croissante dans le mix électrique, il faudra donc désormais pouvoir agir aussi sur les consommations, car l’équilibrage ne peut plus se faire par la régulation des seuls moyens de production.

À noter

On qualifie de « fatales » les sources d’énergie qui dépendent de facteurs extérieurs non maîtrisables, comme le solaire et l’éolien (à rapprocher de l’anglais fate, dans le sens de « destin »).

Ainsi, un réseau électrique intelligent (REI ou « smart grid ») peut, en cas de besoin, « effacer » les consommations de certains équipements industriels ou domestiques (par exemple ballons d’eau chaude, chargeurs de véhicules électriques, électro-ménager lourd, etc.). Cela consiste à commander à distance ces équipements, afin d’en décaler le fonctionnement dans le temps ou même de le supprimer pour les utilisateurs qui l’autorisent. Cette ingérence est rendue acceptable par une contrepartie financière (tarif attractif).

De plus, un tel réseau peut gérer au mieux la répartition de la puissance, de façon à minimiser les pertes en ligne par effet Joule.

Zoom

Smart Grids : des réseaux en partie réversibles

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Pour intégrer la production d’électricité renouvelable et décentralisée, un réseau intelligent doit permettre la circulation de l’électricité dans les deux sens. De tels réseaux sont actuellement testés en France à Lyon et à Grenoble.