Thread by @Yugnat95

Aujourd’hui, on va (encore) parler réseau électrique et énergies renouvelables intermittentes (EnRi) ! 🙂 Après l’organisation, le dimensionnement, nous allons nous intéresser à la SÛRETÉ du réseau. Let’s #thread ! 🔽🔽🔽

Afin d’en assurer la sûreté, le gestionnaire du réseau doit se prémunir de 4 phénomènes:
🔹les surcharges en cascade
🔹la rupture de synchronisme
🔹l’écroulement de tension
🔹l’écroulement de fréquence
qui sont à l’origine d’incident de grande ampleur.

Dans ce thread, je vais particulièrement m’intéresser aux risques d’écroulement de fréquence. Si vous voulez en savoir plus sur la sûreté du système électrique, je vous conseille ce super document de @rte_france.
clients.rte-france.com/htm/fr/mediath…

Tt d'abord, qq rappels. L’électricité est un flux d’électrons dans un conducteur dc elle n’est pas stockable par déf. On peut juste la convertir vers une autre forme d'NRJ par ex: chimique ou mécanique. Je vous renvoie à la super vidéo du @Le_Reveilleur

Cette contrainte oblige le gestionnaire du réseau (en 🇫🇷, RTE) à constamment assurer l’équilibre entre la prod. et la conso. Il doit en outre assurer que le courant suit la norme du réseau, en Europe, courant alternatif avec une tension de 230V et une fréquence de 50Hz.

_ “Attends mais du coup, quand j’allume une lampe, un moyen de production doit se mettre en route ?”
_ “Exactement, ou un autre consommateur arrêter de consommer”
_ “Et qu’est ce qu’il se passe si c’est pas le cas ?” 🤔
_ “Le courant va commencer à se dégrader... “

Un des indicateurs de l’équilibre entre la prod. et la conso, est la fréquence. Comme le montre ce schéma, lorsque la conso > prod, la fréquence ↘️ et vice versa. Les limites ultimes pr ne pas dégrader les instal. ou prendre le risque d’écrouler le réseau est de l’ordre de 1Hz.

Le réseau est soumis à différents types d’aléa comme la conso mais aussi la météo, les pannes et les erreurs humaines. Outre la prévention qui permet de réduire la probabilité d'occurrence des aléas, la protection permet de réduire leur gravité.
Risque = probabilité x gravité

Afin de se protéger contre l’écroulement de fréquence dû par exemple à la perte subite d’un moyen de prod, le gestionnaire de réseau possède plusieurs réserves de prod: primaire, secondaire et tertiaire.
Ces dernières ont différents rôles, délais d'action et puissances.

Lors d’une variation brusque de puissance injectée sur le réseau, ce dernier va entrer dans une première phase dite transitoire ou dynamique où la fréquence n’est plus constante et va former un premier creux d’autant plus faible que l’inertie des moyens de prod sont grands.

_ “L’inertie mais c’est quoi encore ce truc ?” 😩
_ “Tu va voir, c’est pas compliqué”

La majorité de l’électricité est produite aujourd'hui en faisant bouillir de l’eau, qu’on passe dans une turbine qui fait tourner un alternateur et qui paf (fait des chocapic) de l’électricité. 😁

Hors un alternateur est une “machine tournante” qui peut peser plusieurs tonnes et dont la vitesse de rotation est couplé à la fréquence du réseau. L'inertie de cette masse en rotation permet de “freiner” la chute de tension contribuant ainsi à la stabilité du réseau.

Ces mêmes systèmes turbine-alternateur possède de plus une boucle de rétroaction. Un capteur va mesurer via la rotation, la chute de fréquence et va immédiatement donner l’ordre d’admettre plus vapeur/eau dans la turbine, fournissant ainsi une puissance supplémentaire au réseau.

C’est ce qu’on appelle la réserve primaire. Très réactive, elle permet de stabiliser la fréquence en quelques secondes et ainsi gagner du tps pour la réserve secondaire. En Europe, cette réserve équivaut à K = 15GW/Hz. La perte d’un réacteur de 1,3GW => chute de 65mHz.

La réserve primaire a réussi à stabiliser la fréquence. La réserve secondaire va, elle, la ramener à 50Hz via des téléréglages émis depuis le centre de dispatching. La réserve tertiaire prendra ensuite le relai afin de reconstituer les premières et prévenir d’un prochain aléa.

_”Ok, c’est pas simple mais je crois avoir compris. Mais attend, les panneaux photovoltaïques, ils ont pas de turbine, ni d’alternateur, ils font comment ?”
_”En effet ! C’est un problème...”

Le photovoltaïque (PV) ne fournit pas d’inertie au système mais il pourrait constituer une réserve en sous utilisant une ferme de panneaux. L’éolienne a un alternateur mais ce dernier n’est pas synchrone avec le réseau car sa vitesse de rotation dépend de la force du vent.

Elle ne fournit donc pas d’inertie au réseau. Certaines technologies électroniques permettrait de créer de l’inertie synthétique. D’autre part, la variation de l’inclinaison des pales pourrait aussi constituer une réserve de puissance avec une bonne réactivité.

Néanmoins, aujourd’hui les EnRi, de part leur faible taille et leur variabilité, ne participent que très peu aux services systèmes (stabilisation de la fréquence et de la tension). Dans le bilan de sûreté 2017 de RTE, ce dernier alerte sur les hausses de fréquence dû au PV.

Il alerte aussi de l’impact de l’arrivée massive des EnRi “rendant le réseau de + en + complexe à anticiper et à exploiter en sûreté”. La conclusion du rapport relève de manière claire les défis à venir (en photo). J’ajoute quelques éléments quantitatifs.
rte-france.com/sites/default/…

Ce bilan vient s’ajouter à l’analyse d’ EDF R&D qui avait réaliser des simulations de réseau avec un taux de pénétration des EnRi entre 35 et 38%. Cette dernière conclut que des chutes de fréquence critiques proche de 49Hz pourrait survenir.
energypost.eu/wp-content/upl…

Cette étude ajoutait que lorsque la demande était faible, il faudrait restreindre la production d’EnRi afin de garder des moyens de production garantissant la stabilité du réseau.

Le développement actuel des EnRi outre les contraintes que j'ai évoqué lors des précédents threads ne rendent pas les mêmes services réseau que le font les autres moyens de production. Il faut donc prendre en compte cet différence avant de vouloir les comparer.

Enfin pour terminer, je vous laisse sur ce petit site de simulation des coûts économiques d’un blackout (coupure générale d’électricité) dans différentes régions d’Europe…
blackout-simulator.com

Si vous avez des questions ou des remarques, n’hésitez pas ! 😀
En bonus: Marc Elsberg a écrit un super thriller, Black-out qui permet de se projeter dans ce que serait une coupure généralisée qui durerait plus longtemps que prévu…
babelio.com/livres/Elsberg…

Bonus 2: un exemple de chute de fréquence due à la perte de plusieurs moyens de production survenue au Royaume-Uni le 09/08/2019

https://twitter.com/buchebuche561/status/1163821800389656583?s=20

Bonus 3: une excellente vidéo de @MrBidouille qui récapitule tout ça ! ⬇️⬇️⬇️

https://twitter.com/MrBidouille/status/1224740147700387840?s=19