Le développement des liaisons à courant-continu (HVDC)

Un nouveau paysage dans les réseaux électriques 06/03/2017
Auteurs : Bruno Meyer
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2017-1:18884
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Le développement des liaisons  à courant-continu (HVDC)

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REE N°1/2017 75 Introduction LES GRANDS DOSSIERS Les premiers réseaux électriques in- dustriels déployés à la fin du XIXe siècle, comme à New York sous l’impulsion de Thomas Edison, étaient en courant con- tinu ou DC (Direct Current). Malgré un succès commercial, notamment pour promouvoir l’éclairage électrique (et un célèbre brevet de Thomas Edison, celui de l’ampoule à incandescence), ce type de réseau exigeait des centrales de production de quelques dizaines de kW situés à quelques dizaines de kilomètres des consom- mateurs, qui étaient alimentés à une tension de 110 V. Avec l’invention des alternateurs triphasés par Nikola Tesla et l’utilisation des transformateurs, les réseaux à haute tension à courant alternatif tri- phasé, promus par George Westinghouse, prirent l’ascendant sur les réseaux à courant continu. En effet, ils offraient un meilleur rendement et une meilleure fiabilité. Dans cette « guerre des cou- rants », Edison alla jusqu’à ajouter un brevet à son vaste catalogue, celui de la chaise électrique ali- mentée à courant alternatif, pour dénigrer la solu- tion rivale. Mais rien n’y fit. Les réseaux électriques du XXe siècle furent ceux du courant alternatif ou AC (Alternative Current). Ceci étant, les liaisons à courant continu à haute tension ou HVDC (High-Voltage Direct Current), voire UHVDC (Ultra High Voltage DC) avaient leur place dans la carte des réseaux électriques. Elles étaient rares et réservées aux longues distances et aux puissances importantes ou lorsqu’il s’agissait de relier des réseaux non synchrones. Ainsi en allait-il de la liaison sous-marine IFA 2000 entre la France et l’Angleterre, mise en service en 1986, d’une puissance de 2 000 MW et qui faisait suite à une liaison plus modeste datant de 1961 et d'une puissance de 160 MW. Ou des liaisons à longue distance comme le Pacific Intertie qui re- lie la Californie à l’Oregon sur quelque 1 300 km, d’une puissance initiale de 1 400 MW et désormais 3 100 MW, dont la mise en service date de 1970. Ou encore de la liaison Itai- pu-Sao Paulo d’une puissance totale de 6 300 MW en aérien sur 800 km ou de la liaison de 2 000 MW qui, sur 1 500 km, relie la Baie James à la Nouvelle Angle- terre. Les cas d’Itaipu ou de la Baie James sont emblématiques : lorsque les sources d’énergie sont loin des centres de consommation, le transport d’électricité à longue distance rend la solution à courant continu écono- miquement pertinente. Et les grands barrages en construction amèneront de nouvelles liaisons HVDC ou UHVDC dès lors qu’ils se situent loin des centres de consommation. En outre, en ce début du XXIe siècle, un chan- gement majeur transforme le paysage des réseaux électriques : l’émergence de sources d’énergie éolienne ou solaire. Tout comme les grands bar- rages, les fermes éoliennes ou solaires ne sont pas nécessairement localisées à proximité des centres de consommation. Ainsi en va-t-il des parcs éoliens off-shore du nord de l’Allemagne pour une consom- mation plutôt localisée dans le sud du pays, ou les parcs éoliens du nord-est du Brésil. Ou encore du potentiel solaire dans le désert de Gobi ou au nord de l’Afrique et au Moyen Orient (ces deux derniers exemples ayant fait l’objet d’une étude au sein de la fondation Desertec). Certains de ces projets sont encore futuristes, mais certains voient le jour et la tendance est bien là. Le renouveau des liaisons HVDC vient en partie de l’éloignement des sources d’énergie, mais est également la conséquence du développement de nouvelles technologies à base d’électronique de puissance ainsi que de nouveaux câbles. Cette combinaison, sans qu’on puisse déjà la qualifier de changement de paradigme, constitue néanmoins un bouleversement dans le monde des réseaux électriques. Au point que certains Le développement des liaisons à courant-continu (HVDC) Un nouveau paysage dans les réseaux électriques Bruno Meyer RTE 76 REE N°1/2017 acteurs envisagent déjà dans un proche avenir des « supergrids » constitués de réseaux maillés entiè- rement basés sur du courant continu. Le présent dossier consacré aux nouvelles ten- dances dans le domaine des liaisons à courant conti- nu permet de prendre la mesure de la formidable croissance de cette technologie. La Chine envisage à elle-seule de mettre en service une vingtaine de lignes HVDC d’ici 2030, pour un coût de l’ordre de 90 milliards d’euros. Le projet de ligne Changji- Guquan sur plus de 3 000 km transportera 12 GW du nord-ouestdupays(avecsesréservesdecharbon)vers la zone côtière (où se situent les principaux consom- mateurs). Au Brésil, le complexe de Belo Monte de 11 GW en Amazonie verra son potentiel énergétique transporté vers Rio sur une liaison de 2 500 km par deux lignes de 4 000 MW chacune. Ce numéro aborde le sujet selon différentes approches. Un tour d’horizon mondial décrit les grands projets du XXe siècle et permet de visualiser la formidable croissance du nombre de liaisons pré- vues dans le monde d’ici 2030. Puis une présentation est faite de la liaison à courant-continu mise en service en 2015 entre la France et l’Espagne. Le dossier décrit le projet de- puis son origine, en passant par l’appui politique et financier européen dont il a bénéficié, en allant jusqu’à l’organisation mise en place pour conduire ce chantier d’envergure. Cet ouvrage a nécessité une colla- boration franco-espagnole de la part des gestionnaires de réseaux français (RTE) et espagnol (REE) depuis sa construction jusqu’à son exploitation. Cette ligne a permis de doubler la capacité exis- tant jusqu’alors entre les deux pays. Outre le défi technologique que ce projet a constitué, il est éga- lement une première européenne en permettant l’exploitation simultanée d’une liaison à courant continu avec quatre lignes à courant alternatif. Ce nouvel ouvrage utilise une technologie inno- vante, le VSC (Voltage Source Converter) qui ap- porte de la souplesse dans la conduite de la ligne et le pilotage du transit actif. Il est notamment pos- sible d’adopter un mode de pilotage qui émule le comportement d’une liaison AC. Il constitue égale- ment une première mondiale par l’utilisation d’un système HVDC en câbles synthétiques. En cela ce projet représente un ensemble de premières euro- péennes ou mondiales. Deux entreprises, parmi les acteurs technolo- giques majeurs au niveau mondial dans la technolo- gie du HVDC, ABB et Siemens, font état des dernières avancées dans ces technologies qui concourent à modeler les réseaux électriques de l’avenir. Enfin le dossier explique l’intérêt qu’apportent des plates-formes d’essais en temps réel pour tester le contrôle-commande mis en place dans les liaisons à cou- rant continu avant et après leur mise en service. Une illustra- tion est donnée sur celle déve- loppée par RTE. Panorama mondial des projets à courant continu Monique Le Stum ........................................................................................................................................................... p. 77 La liaison à courant continu Baixas – Santa Llogaia Yves Decoeur .....................................................................................................................................................................p. 82 L’évolution des liaisons à courant-continu insérées dans le système électrique David Glaise, Germán Pérez, Carmen Longã, Silvia Sanz ............................................................................... p. 86 Le transport VSC aujourd’hui et demain. La liaison à haute tension Baixas-Santa Llogaia marque une étape importante Frank Shettler, Oliver Ku , Volker Lehmann , Antoine Larger ....................................................................p. 97 Recent advancements in HVDC transmission Magnus Callavik ............................................................................................................................................................p. 104 La simulation temps réel au service de l’exploitation des liaisons à courant continu Sébastien Dennetière, Bertrand Clerc ..................................................................................................................p. 110 LES ARTICLES LES GRANDS DOSSIERS Introduction Bruno Meyer est Manager Business Development à RTE. Il a travaillé à EDF de 1985 à 2008 où il a exercé différentes fonctions d’expertise et de management avant de rejoindre le groupe RTE en 2009 où il a été directeur général d’Arteria de 2011 à 2016. Il est membre senior de la SEE et Fellow de l’IEEE.