Le retard des horloges, les écarts de fréquence et le Kosovo

12/05/2018
Auteurs : Bruno Meyer
Publication REE REE 2018-2
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2018-2:22864

Résumé

Le retard des horloges, les écarts de fréquence et le Kosovo

Métriques

14
0
146.61 Ko
 application/pdf
bitcache://3c386d0b6d1699855fe140e6efb37dd03d60213b

Licence

Creative Commons Aucune (Tous droits réservés)
<resource  xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
                xmlns="http://datacite.org/schema/kernel-4"
                xsi:schemaLocation="http://datacite.org/schema/kernel-4 http://schema.datacite.org/meta/kernel-4/metadata.xsd">
        <identifier identifierType="DOI">10.23723/1301:2018-2/22864</identifier><creators><creator><creatorName>Bruno Meyer</creatorName></creator></creators><titles>
            <title>Le retard des horloges, les écarts de fréquence et le Kosovo</title></titles>
        <publisher>SEE</publisher>
        <publicationYear>2018</publicationYear>
        <resourceType resourceTypeGeneral="Text">Text</resourceType><dates>
	    <date dateType="Created">Sat 12 May 2018</date>
	    <date dateType="Updated">Sun 15 Jul 2018</date>
            <date dateType="Submitted">Mon 13 Aug 2018</date>
	</dates>
        <alternateIdentifiers>
	    <alternateIdentifier alternateIdentifierType="bitstream">3c386d0b6d1699855fe140e6efb37dd03d60213b</alternateIdentifier>
	</alternateIdentifiers>
        <formats>
	    <format>application/pdf</format>
	</formats>
	<version>37925</version>
        <descriptions>
            <description descriptionType="Abstract"></description>
        </descriptions>
    </resource>
.

30 ZREE N°2/2018 L’excuse improbable lorsqu’on arrive en retard Peut-être la personne lisant ces lignes se reconnaîtra-t-elle comme ayant été surprise par un retard de quelques minutes sur son réveille-matin ou son horloge de four. Six minutes à début mars. Encore une manifestation de l’ « obsolescence programmée » ? Les motifs d’excuse pour un retard à un rendez-vous sont nombreux, mais mettre en avant le Kosovo peut paraître bien audacieux. Et pourtant, début mars, la grande presse s’est emparée du sujet en offrant une explication qui n’est pas une fake news. Un communiqué d’Entso-E, l’association eu- ropéenne des Gestionnaires de Réseaux de Transport (GRT) d’électricité du 6 mars 2018 en témoigne. Comment un pays si éloigné, avec une population de moins de deux millions d’habitants et un PIB inférieur au mil- lième de celui de l’UE, a-t-il pu causer un tel trouble dans nos vies bien réglées ? Pour l’expliquer, il faut donner un éclairage sur le fonction- nement des systèmes électriques. Les systèmes électriques interconnectés Depuis que Tesla et Westinghouse ont gagné la guerre des courants face à Edison à la fin du XIXe siècle, la produc- tion d’électricité et son acheminement se font en courant al- ternatif triphasé. Rappelons que l’idée directrice de ce choix a été l’efficacité économique. L’électricité est produite par une machine tournante, l’alternateur, alimentée par une turbine. En sortie d’alternateur, le courant alternatif a une fréquence (par exemple 50 Hz en Europe et 60 Hz aux Etats-Unis) et une tension. L’un des avantages du courant alternatif est que grâce à des transformateurs, on peut élever ou baisser le niveau de tension à moindre coût. Ainsi, depuis l’origine des réseaux électriques, on a pu produire de l’énergie près des sources les moins chères (les grands barrages) et achemi- ner le courant sur des longues distances pour alimenter les centres de consommation. En transportant le courant en très haute tension, le niveau de perte par effet Joule diminue au bénéfice de l’économie globale. La plupart des équipements raccordés au réseau (alter- nateurs et moteurs) tirent profit du courant alternatif et sont calés sur cette fréquence unique ; tout écart majeur de fré- quence de la part du réseau leur est dommageable et cela peut entraîner la déconnexion du réseau. Les réseaux électriques ont progressivement tissé leur toile au cours du XXe siècle. La France s’est ainsi couverte d’un ré- seau d’interconnexion maillé permettant de garantir une sécu- rité d’alimentation en cas d’indisponibilité d’une liaison élec- trique, un peu comme les itinéraires bis des réseaux routiers. Les interconnexions ont évolué au cours des décennies. De nationales, elles devinrent internationales dans les années 1950, puis continentales. Ainsi l’Europe est-elle désormais composée de cinq zones synchrones principales (figure 1). Même si leur fréquence de référence reste 50 Hz, chacune Figure 1 : Les cinq zones synchrones principales européennes. Chacune a une fréquence de 50 Hz, mais constitue une zone de réglage autonome. Les échanges d’énergie entre zones sont possibles, mais via des stations de conversion à courant continu (Source Entso-E). ACTUALITÉS Le retard des horloges, les écarts de fréquence et le Kosovo REE N°2/2018 Z 31 de ces zones a sa propre fréquence instantanée et en assure le réglage. Des échanges d’électricité peuvent se faire entre zones synchrones, mais par le biais de stations à courant continu (voir à ce sujet la REE 2017-1). La France fait partie de la zone synchrone continentale allant du Portugal au Danemark, de la Pologne à la Grèce à la Turquie, incluant aussi la Serbie et le Kosovo. Cette zone a une puissance installée d’environ 670 GW qui est à compa- rer à celle du Kosovo inférieure au GW. On reste bien dans l’ordre du millième. Alors pourquoi les horloges de four re- tardent-elles et est-ce gênant pour le système électrique ? Les systèmes électriques et le réglage de la fréquence Comme l’électricité est difficilement stockable, le système doit permettre d’honorer en tout instant l’équilibre Produc- tion-Consommation. Pour parer aux aléas en termes de production, de consom- mation ou d’acheminement, les gestionnaires de réseau sont responsables du maintien de ce délicat équilibre. Pour cela, les GRT font des études prévisionnelles, prenant en compte les travaux prévus sur le réseau, les centrales ou les usines, les prévisions de consommation, les prévisions météo ou encore les échanges d’électricité prévus aux frontières. Plus l’on s’approche du temps réel, plus les GRT font appel à des automatismes sophistiqués, qu’ils soient locaux ou répartis géographiquement. Il existe des règles qui s’appliquent à tous les acteurs du marché de l’électricité. En France, le code de l’Energie, garanti par le législateur, mais aussi entre GRT ; au niveau européen existe un code de réseau. En effet, outre la garantie de l’ache- minement, les GRT doivent assurer une fréquence et une tension conformes aux exigences des différents matériels raccordés. Focalisons-nous sur la fréquence. De manière consubs- tantielle à la physique du système, la fréquence instantanée est la même, à tout moment, sur l’ensemble d’une zone synchrone. Elle est simultanément la même à Lisbonne, Athènes, La Chartre-sur-le-Loir ou Pristina. En revanche elle varie autour de sa valeur nominale en fonction d’éventuels déséquilibres entre production et consommation. Si la pro- duction totale dépasse la consommation, la fréquence aug- mente, et si la consommation dépasse la production, la fré- quence baisse (figure 2). Pour garantir cette constance en cas de déséquilibre, les GRT font appel à des réserves pilotées automatiquement. Le réglage (ou réserve) primaire de fréquence, qui agit en moins de 30 secondes et permet de stabiliser la fréquence, et le réglage (ou réserve) secondaire de puissance dont le délai d’action est inférieur à 15 minutes qui permet lui de ramener la fréquence à sa valeur nominale, voire même une réserve tertiaire (figure 3). Au niveau de la zone continentale, la réserve primaire est dimensionnée pour pouvoir compenser la perte de deux des plus gros groupes présents sur la plaque, soit 3 GW. Chaque Etat participant au réseau interconnecté doit y contribuer. La part de réserve primaire demandée à la France est de 570 MW. La réserve secondaire est plus complexe à évaluer car dé- pendant du jour et de l’heure. Pour la France elle varie entre 500 et 1 000 MW environ. Et pour la plaque continentale de l’ordre de 7 GW. Soit pour l’ensemble des deux réserves au niveau de la plaque continentale, entre 5 et 10 GW. Figure 2 : Pour fonctionner correctement, le système électrique doit assurer à chaque instant l’équilibre production (ou injection) d’énergie et consommation (ou soutirage). Un excès de production entraîne une augmentation de la fréquence et un excès de consommation conduit à une baisse de la fréquence. ACTUALITÉS 32 ZREE N°2/2018 Avec ces chiffres, on commence à voir que même si la ca- pacité totale de la plaque européenne est de quelque 670 GW, la puissance installée du Kosovo a un ordre de grandeur com- parable aux réserves de fréquence européenne exigées. La fréquence du réseau et l’horloge de mon réveille-matin La plupart des équipements consommateurs d’énergie raccordés au réseau sont dotés de moteurs qui fonctionnent en courant alternatif. Pour eux, la stabilité de la fréquence du réseau est la façon la plus simple de mesurer le temps (rappelons que la fréquence est proportionnelle à l’inverse du temps). De petits écarts de quelques mHz n’ont que peu d’incidence sur le temps en secondes et ce d’autant moins si la fréquence du réseau oscille autour de sa valeur nominale. Cette manière de mesurer la fréquence est fiable et facile à mettre en œuvre. En revanche, pour des équipements plus sophistiqués, d’autres techniques sont désormais utilisées, de- puis les oscillateurs à quartz en passant par les signaux GPS. Mais la question des horloges de four est anecdotique. Le point fondamental est que l’ensemble du système électrique doit garantir à chaque instant une fréquence et une tension stables et conformes aux valeurs cibles. C’est la raison pour laquelle des règles s’appliquent à tous les acteurs du marché. Selon le communiqué du 6 mars 2018 d’ENTSO-E, la fré- quence moyenne avait chuté à 49,996 Hz en janvier. Ce qui de manière cumulative a mené à un retard de six minutes sur le temps universel début mars. « Cette anomalie, une première dans notre système euro- péen, n’a pas pour origine la vague de froid récente ou une panne soudaine », déclarait ce communiqué. Il soulignait que l’origine venait d’une baisse massive et volontaire de la part du Kosovo de la production d’électricité injectée dans le réseau. Pour combler ce déficit, les opérateurs continentaux euro- péens ont collectivement injecté plus d’énergie dans le sys- tème au mois de mars pour pouvoir ramener la fréquence électrique à 50 Hz. Mais ce faisant, c’est une partie des ré- serves primaire et secondaire qui ont été utilisées. Nous n’entrerons pas dans cet article sur le différend entre Serbie et Kosovo, avec un souhait des deux parties d’asseoir leur position au sein des instances électriques européennes. Mais cela confirme l’intérêt d’un vaste réseau interconnecté avec des règles qui s’appliquent à tous les acteurs, mais aus- si qu’un système avec une petite puissance électrique est en mesure d’affecter le bon fonctionnement d’un grand sys- tème si aucune contre-mesure n’est prise. La fréquence est remontée à 50,01 Hz début mars. Il aura fallu environ trois semaines pour combler le retard des horloges. Le lecteur de cette chronique qui se précipiterait devant son four pour constater un retard qu’il n’aurait pas remar- qué jusqu’alors sera déçu. En effet, dans un communiqué du 3 avril 2018, ENTSO-E a annoncé que suite au programme de compensation avec une fréquence à 50,01 Hz, les hor- loges ont été remises à l’heure. Toutes les parties prenantes au sein d’ENTSO-E œuvrent pour éviter que le problème se reproduise. Donc, pour des retards à des futurs rendez-vous, il vous faudra, cher lecteur, trouver une autre excuse que le Kosovo. Q Bruno Meyer Figure 3 : Des automatismes permettent au système de stabiliser puis de rétablir la fréquence du réseau. Cette fréquence instantanée est la même sur l’ensemble d’une zone synchrone – Source : CRE. ACTUALITÉS