Panorama mondial des projets à courant continu

06/03/2017
Auteurs : Monique Le Stum
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2017-1:18887
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Panorama mondial des projets à courant continu

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REE N°1/2017 77 LE DÉVELOPPEMENT DES LIAISONS À COURANT-CONTINU (HVDC) DOSSIER 2 Le courant continu, une technologie qui revient en force Historique A la fin du 19e siècle, période de développement des usages industriels et domestiques de l’électricité, les tech- niques du courant continu et du courant alternatif étaient en concurrence1 . Le courant alternatif s’est imposé grâce à l’invention du transformateur, qui a permis d’élever les niveaux de tension, de transporter ainsi l’électricité sur de grandes distances et de constituer des réseaux de transport d’électricité maillés. Le courant continu est resté adapté à des usages particuliers de transport massif de l’électricité sur de longues dis- tances : plusieurs centaines de km en ligne aérienne, quelques dizaines de km en liaison souterraine ou sous-marine. Il est en général limité à des liaisons entre deux extrémités, car la coordination de plusieurs extrémités est un sujet com- plexe. Seules quelques liaisons de ce type existent à ce jour dans le monde. Ainsi, après quelques lignes expéri- mentales réalisées à la fin du 19e siècle, les premières liaisons à courant continu industrielles ont vu le jour au début du 1 La « guerre des courants » opposait alors Thomas Edison à Georges Westinghouse. La chaise électrique fut inventée et brevetée à la demande d’Edison, pour démontrer la dange- rosité du courant alternatif. 20e siècle. Leur nombre d’abord limité dans la première moitié du siècle (neuf liaisons entre 1906 et 1950), plus sou- tenu dans la deuxième moitié (44 liaisons entre 1950 et 1999) est mainte- nant en forte croissance depuis le début des années 2000. Un nouvel essor en ce début du 21e siècle La transition énergétique qui est engagée dans la plupart des pays du monde conduit à des besoins crois- sants de transport massif d’électricité entre des zones de production d’origine renouvelable (autrefois essentiellement hydraulique, désormais le plus souvent éolienne) et des zones de consomma- tion dans des centres urbains qui se densifient. Ce mouvement est ampli- fié dans des pays comme la Chine ou l’Inde, dont les besoins énergétiques augmentent. Ainsi, les zones de produc- tion et de consommation peuvent être éloignées parfois de plus de 2 000 km. En Europe les distances sont plus faibles, mais les besoins d’échange entre les pays s’accroissent du fait de la com- plémentarité des énergies produites, et le recours aux câbles souterrains ou sous-marins est plus systématique pour des raisons environnementales ou géographiques. Les liaisons à courant continu per- mettent également de relier des réseaux non synchrones (par exemple Panorama mondial des projets à courant continu Monique Le Stum Expert RTE Most countries in the world are developing renewable generation plants, generally far away from- consumption areas, needing bulk transmission of electrical power on long-distance links: overhead lines in large countries such as China (up to 3 000 km), underground lines for environmental reasons (up to several hundred km), submarine links as in Europe (up to 700 km) and offshore wind farms located away from the coast. Consequently the demand is rapidly growing worldwide and the HVDC technology is evolving, as well for converter stations as for cables, towards increasing voltage levels for more powerful links. ABSTRACT Figure 1 : Evolution du parc de liaisons HVDC dans le monde – Source : RTE 78 REE N°1/2017 LE DÉVELOPPEMENT DES LIAISONS À COURANT-CONTINU (HVDC)DOSSIER 2 au Royaume Uni, en Scandinavie, au Québec,…) ou de fréquences diffé- rentes (Japon) et offrent des possibilités d’exploitation intéressantes, notamment le contrôle de la puissance transitée (Cf. article de D. Glaise et al.). Ainsi, le taux actuel de croissance de la technologie du courant continu est estimé à 8 % par an au niveau mondial. Des lignes aériennes de plus en plus en longues Dès les années 1970, des lignes aé- riennes de grande longueur ont été réali- sées en Afrique, en Amérique du Nord et en Amérique du sud : de réalisations en commençant par le Pacific DC Intertie en 1970 (1 400 MW, ±400 kV), de 1 362 km à l’ouest des USA, entre l’Oregon et la Californie. A noter la liaison Québec - New England Transmission reconfigurée en 1991 en liaison tri-terminale, qui fut à l’époque une première mondiale (2 000 MW, ±450 kV), de 1 480 km entre la baie James, Montréal au Québec et Boston aux Etats-Unis ; Cahora-Bassa en 1979 (1 920 MW, ±533 kV), entre le Mozam- bique et l’Afrique du Sud (1420 km). Puis Inga-Shaba en 1982 (560 MW, ±500kV) au Congo, de 1 700 km. La liaison Caprivi Link en 2010 (300 MW, 350 kV) entre la Namibie et la Zam- bie, de 950 km, fut la première utili- sation de la technologie VSC2 en ligne aérienne ; Itaipu 1 en 1984 (3 150 MW à ±600 kV), de 785 km et Itaipu 2 en 1987 (3 150 MW sup- plémentaires à ±600 kV), de 805 km au Brésil, Rio Madeira en 2013 (2x3150 MW à ±600 kV) au Brésil, de 2 350 km. 2 VSC (Voltage Source Converter). Figure 2 : Complémentarité des énergies produites en Europe – Source : DG Energie Figure 3 : Projets de liaisons HVDC en Chine – Source : The Lantau Group REE N°1/2017 79 Panorama mondial des projets à courant continu La liaison Rio Madeira au Brésil est la plus longue du monde à ce jour, mais aujourd’hui ce sont la Chine et l’Inde qui ont les programmes les plus impor- tants de lignes aériennes de grande puis- sance : une trentaine de réalisations depuis 1989 et une douzaine de projets en cours. Les tensions utilisées augmen- tent régulièrement : +/- 500 kV jusqu’en 2010, puis +/- 600 kV et +/- 800 kV, pour des puissances allant jusqu’à 8 000 MW. Il existe maintenant des projets à +/- 1100 kV à l’étude, et l’un d’eux est en cours de réalisation, entre les provinces de Xinjiang et de Anhui (3 300 km), pour une puissance attei- gnant 12 000 MW. A ces niveaux de puissance, les conver- tisseurs associés sont généralement de technologie LCC3 . Des lignes souterraines ou sous-marines de plus en plus longues L’essor des projets à courant continu est également marqué par la réalisation de lignes souterraines et sous-marines 3 LCC (Line Commutated Converters) de plus en plus longues, malgré leur coût élevé. C’est notamment le cas en Europe, pour des raisons environnementales (choix de la solution souterraine) ou géographiques (liaisons sous-marines). Les premières réalisations au 20e siècle ont principalement concerné les pays nordiques, avec des liaisons sous- marines entre la Suède, le Danemark, la Norvège, la Finlande, la Pologne et l’Al- lemagne, et plus ponctuellement entre la Sardaigne, la Corse et l’Italie continen- tale (SACOI en 1967, avec le piquage en Corse réalisé en 1985) et entre la Grande Bretagne et la France (IFA160 en 1961 et IFA2000 en 1986). La plus longue liaison sous-marine de cette période était le Baltic Cable de 262 km (en 1994). Les records de longueur sont régu- lièrement dépassés notamment dans le domaine sous-marin, depuis GRITA entre la Grèce et l’Italie en 2001 (310 km), NorNed entre la Norvège et les Pays Bas en 2008 (580 km), SAPEI entre la Sardaigne et l’Italie continen- tale en 2011 (435 km) et de nombreux autres projets en cours, par exemple NordLink entre la Norvège et l’Alle- magne prévue en 2020 (623 km dont 516 km sous-marins), NSN Link entre la Norvège et le Royaume-Uni prévue en 2021 (720 km), Viking Link entre le Danemark et le Royaume-Uni prévue en 2022 (760 km dont 650 km sous- marins) et surtout EuroAsia Intercon- nector entre Israël, Chypre et la Grèce prévue en 2022 (1 520 km). Les fermes éoliennes en mer sont apparues au début des années 2000. Leurs puissances sont en augmentation régulière et certaines fermes situées à une distance importante des côtes, par exemple en mer du Nord, justifient un raccordement en courant continu. Une plate-forme est alors installée en mer pour supporter une station de conver- sion. La puissance la plus élevée mise en service à ce jour est DolWin 2 en mer du Nord (916 MW), avec un raccor- dement en +/-320 kV. Les liaisons souterraines de grande longueur se sont développées plus récemment : France - Espagne en 2015 (65 km), France - Italie prévue en 2019 (190 km), Allemagne - Belgique prévue en 2019 (100 km). Figure 4 : Navire de pose de câbles sous-marins – Source : Nexans. 80 REE N°1/2017 LE DÉVELOPPEMENT DES LIAISONS À COURANT-CONTINU (HVDC)DOSSIER 2 Pour la liaison France - Espagne, les choix techniques se sont portés sur des convertisseurs de type VSC et des câbles à isolation synthétique, avec une tension de +/-320 kV et une puis- sance de 2x1 000 MW. Grâce à la mise en œuvre de moyens techniques inno- vants, entre RTE, REE et leurs parte- naires industriels Siemens et Prysmian, ces performances ambitieuses ont été atteintes : record mondial de puissance pour des convertisseurs de type VSC et record mondial de tension pour des câbles à isolation synthétique (les pré- cédentes réalisations dans le monde n’atteignaient que 200 kV pour ce type d’isolation), représentant une avancée technologique majeure. Dans un futur proche, l’isolation syn- thétique des câbles atteindra des ten- sions de 500 kV, leur intérêt s’en trouvera encore renforcé. En effet, ce type d’iso- lation diminue le poids des câbles, ce qui permet d’augmenter la longueur des tronçons, donc de réduire le nombre de jonctions. La pose des câbles est facili- tée et la fiabilité de la liaison augmen- tée. Cette technologie est aussi plus respectueuse de l’environnement. Les liaisons par câbles souterrains ou sous-marins offrent le plus souvent des puissances de 500 à 1 400 MW et utilisent des technologies LCC ou VSC selon le cas, mais la technologie VSC tend à s’imposer dans cette gamme de puissance. Les projets européens à l’horizon 2030 Le TYNDP4 sélectionne au niveau européen les projets favorisant les échanges d’électricité entre les pays, à l’horizon 2030. Il est mis à jour tous les deux ans : la version 2016 publiée fin décembre présente un total de 177 pro- jets paneuropéens, prévoyant 40 000 km de liaisons à construire. Les liaisons à courant continu repré- sentent 40 % de ces projets, il s’agit majo- ritairement de liaisons sous-marines. De tels investissements néces- sitent d’adapter l’outil de production industrielle, notamment pour fabriquer d’aussi grandes longueurs de câbles. 4 Ten Years Network Development Plan Figure 5 : Fermes éoliennes en mer du Nord – Sources : ABB, TenneT, Offshorewind. Figure 6 : Liaison France Espagne – Sources : RTE, INELFE, Siemens. REE N°1/2017 81 Panorama mondial des projets à courant continu L’insertion d’une liaison à courant continu dans un réseau à courant alter- natif doit faire l’objet d’études pour défi- nir la façon dont elle sera exploitée (Cf. article de D. Glaise et al) car cette technologie sophistiquée offre des fonc- tionnalités nouvelles pour le réseau. La forte augmentation du nombre de liai- sons à courant continu, en parallèle entre elles ou insérées dans un réseau à courant alternatif, rend ces études de plus en plus complexes. C’est l’une des raisons pour laquelle RTE a fait le choix de se doter d’une plate-forme de simu- lation, qui permet d’étudier le compor- tement en temps réel de ces liaisons et leurs interactions (Cf. article de S. Dennetière et al). L'AUTEUR Monique le Stum est attachée à la direction du Centre National d’Ex- pertise Réseaux de RTE. Figure 7 : projets HVDC prévus au TYNDP 2016 – Source ENTSOE.