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1
Jean-Luc THOMAS
Professeur du Conservatoire national des arts et métiers
Directeur du département Ingénierie des Systèmes Mécaniques et Electriques
Jeudi 13 mars 2014
Smart Grids, réseaux
électriques intelligents
Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
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2 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
INTRODUCTION AUX RESEAUX T&D Part 1
TRANSITION ENERGETIQUE Part 2
SOCIETAL / REGLEMENTAIRE Part 5
DEMONSTRATEURS Part 6
RESEAUX A COURANT CONTINU Part 7
CONCLUSION Part 8
CONVERTISSEURS DE PUISSANCE Part 4
RESEAUX INTELLIGENTS Part 3
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3 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
INTRODUCTION AUX RESEAUX T&D Part 1
TRANSITION ENERGETIQUE Part 2
SOCIETAL / REGLEMENTAIRE Part 5
DEMONSTRATEURS Part 6
RESEAUX A COURANT CONTINU Part 7
CONCLUSION Part 8
CONVERTISSEURS DE PUISSANCE Part 4
RESEAUX INTELLIGENTS Part 3
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4 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
Réseaux électriques
Transport
&
Distribution
P1
P2
P3 P4
Pn
C1
C2 C3
Cm
Echanges
internationaux
Echanges
internationaux
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5 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
TRANSPORT
DISTRIBUTION
Source :
Thèse Boyra
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6
Les types de réseaux …
Structure maillée
TRANSPORT
P
Structure étoilée
DISTRIBUTION
P
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7
Le réseau de distribution … purement passif
Structure étoilée
DISTRIBUTION
P
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8
Le réseau de transport …
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9 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
INTRODUCTION AUX RESEAUX T&D Part 1
TRANSITION ENERGETIQUE Part 2
SOCIETAL / REGLEMENTAIRE Part 5
DEMONSTRATEURS Part 6
RESEAUX A COURANT CONTINU Part 7
CONCLUSION Part 8
CONVERTISSEURS DE PUISSANCE Part 4
RESEAUX INTELLIGENTS Part 3
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- Accroissement de la demande en électricité
- Plus d’énergies renouvelables (EnR)
- Ouverture des marchés de l’électricité
- Emergence de réseaux de transmission locaux
- Gestion de la pointe
Les Enjeux …
« Révolution industrielle du XXIème siècle »
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Transition Energétique
= Système énergétique adapté aux
Enjeux du XXIème siècle
• Production décentralisée – EnR
• Poste de consommation énergétique
• Systèmes de stockage distribués
Echanges flexibles entre :
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12 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014 12 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
TRANSPORT
DISTRIBUTION
Source :
Thèse Boyra
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13
Source CRE
Italie / 28 Septembre 2003 USA / 14 Aout 2003
Pertes: 61 800 MW
Personnes: 50 millions
Durée: jusqu’à 2 jours
Pertes: 20 000 MW
Personnes: 57 millions
Durée: 2 heures
Les « blackouts » …
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14
Les « blackouts » …
49 Hz
49.7 Hz
51 Hz
4 novembre 2006
Source UCTE
Pertes: 17 000 MW
Personnes: 10 millions
Durée: 2 heures Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
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Securité d’approvisionnement …
Rapport de 2007 …
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Absence de blackout national … MAIS
Blackout massif en Inde : 30-31 juillet 2012 / 01 août 2012
Photo NASA : 30 juillet 2012 Photo NASA : 31 juillet 2012
- Plus de 300 millions de personnes touchées …
- 60 Etats privés d’électricité …
- 300 trains affectés … Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014 16
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Le Blackout le plus important
de
l’histoire de l’humanité !
LES RAISONS ?
• Déséquilibre production / consommation
• « Vol » d’électricité
• Météo caniculaire – Barrages à sec …
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18 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
INTRODUCTION AUX RESEAUX T&D Part 1
TRANSITION ENERGETIQUE Part 2
SOCIETAL / REGLEMENTAIRE Part 5
DEMONSTRATEURS Part 6
RESEAUX A COURANT CONTINU Part 7
CONCLUSION Part 8
CONVERTISSEURS DE PUISSANCE Part 4
RESEAUX INTELLIGENTS Part 3
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Source: AREVA T&D
DEFINITION … ?
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DEFINITION … ?
Source CRE Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
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Source : ERDF
Smart Grids : La nécessaire mutation du réseau électrique
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22
Réseau WAN (GPRS, RTC /
Internet…)
Concentrateur
Système
d’information
centralisé
(GRD)
CPL
SI comptage + SI réseau
Source CRE
Compteur évolué…
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23
Compteur évolué…
Source CRE
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Source CRE
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25
Source CRE Exemple d’intervention:
Changement du calibre de
puissance
Compteur évolué…
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Source CRE
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26
Source CRE
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Smart Building …
Source CRE
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RT 2012
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Source CRE
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Smart Home …
RT 2012
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29
La révolution dans les TIC …
Internet des objets
M2M (Machine-to-Machine)
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30
Echanges informations
Convertisseurs de puissance
Réseau de Transport
Réseau de répartition
Réseau de distribution
Bâtiment
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31
Bâtiment
Internet des objets - M2M
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Réseau de Transport
Réseau de distribution
Echanges informations
Convertisseurs de puissance
Réseau de répartition
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32 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
INTRODUCTION AUX RESEAUX T&D Part 1
TRANSITION ENERGETIQUE Part 2
SOCIETAL / REGLEMENTAIRE Part 5
DEMONSTRATEURS Part 6
RESEAUX A COURANT CONTINU Part 7
CONCLUSION Part 8
CONVERTISSEURS DE PUISSANCE Part 4
RESEAUX INTELLIGENTS Part 3
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33
HVDC
AC
Ligne à courant
continu
Serie SSSC
TCSC
Parallèle STATCOM
SVC
Association
Série / Parallèle
Ligne à courant
continu
AC
F.A.C.T.S.
Electronique de puissance …
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34 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
INTRODUCTION AUX RESEAUX T&D Part 1
TRANSITION ENERGETIQUE Part 2
SOCIETAL / REGLEMENTAIRE Part 5
DEMONSTRATEURS Part 6
RESEAUX A COURANT CONTINU Part 7
CONCLUSION Part 8
CONVERTISSEURS DE PUISSANCE Part 4
RESEAUX INTELLIGENTS Part 3
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35 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
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36 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
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37 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
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- Utilisation d’un « smartphone »
- Applications dédiées au « Smart Home »
- Gestion de la pointe
- Management de la demande
- Fort impact sociétal
« Apps Store » pour l’énergie …..
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39 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
INTRODUCTION AUX RESEAUX T&D Part 1
TRANSITION ENERGETIQUE Part 2
SOCIETAL / REGLEMENTAIRE Part 5
DEMONSTRATEURS Part 6
RESEAUX A COURANT CONTINU Part 7
CONCLUSION Part 8
CONVERTISSEURS DE PUISSANCE Part 4
RESEAUX INTELLIGENTS Part 3
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40 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
- Stabilité du réseau
- Sureté de fonctionnement du réseau
- Economie expérimentale
- Comportement des « consom’acteurs »
- Infrastructures pour véhicule électrique
- Objets communicants (M2M)
Expérimentation territoriale Les enjeux techniques …
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41 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
Un exemple : Le projet
Smart Grids Vendée
SGV
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42 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
Source : ERDF
Smart Grid Vendée : un démonstrateur Smart Grid …
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43 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
INTRODUCTION AUX RESEAUX T&D Part 1
TRANSITION ENERGETIQUE Part 2
SOCIETAL / REGLEMENTAIRE Part 5
DEMONSTRATEURS Part 6
RESEAUX A COURANT CONTINU Part 7
CONCLUSION Part 8
CONVERTISSEURS DE PUISSANCE Part 4
RESEAUX INTELLIGENTS Part 3
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44
Un peu d’histoire …
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DC or AC ? George Westinghouse
(1846–1914)
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Nikola Tesla (1856–1943)
The War of Currents
Edison and Tesla Fight Over How To Power the World
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45
Incandescent lights
Converter (Transformer)
Main line
Storage battery
AC Generator Secondary line
AC / DC
Switch
AC Generator Alternate-current electric motor
Rectifying commutator (Rectifier)
DC
Electro-magnetic cut-out
SYSTEM OF ELECTRICAL DISTRIBUTION
1887
Un peu d’histoire …
Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
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46
- Maîtrise des transits de puissance
- Contrôle de la puissance réactive
- Régulation de la tension
- Amortissement des oscillations de puissance
- Minimisation du Flicker
- Prise en compte de charges intermittentes
- Optimisation de la « qualité » du réseau
La liaison VSC-HVDC …
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47
DC et / ou AC ? Les technologies …
Source ABB revue 1/10
Les liaisons à courant continu – Type VSC-HVDC
Eolien « Off-Shore »
Technologies de type
F.A.C.T.S.
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Liaisons à courant continu …
… un exemple dramatique Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
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49 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
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Le transformateur DC … !
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Les Nano-Grids … !
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Les Nano-Grids … !
Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
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53 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
INTRODUCTION AUX RESEAUX T&D Part 1
TRANSITION ENERGETIQUE Part 2
SOCIETAL / REGLEMENTAIRE Part 5
DEMONSTRATEURS Part 6
RESEAUX A COURANT CONTINU Part 7
CONCLUSION Part 8
CONVERTISSEURS DE PUISSANCE Part 4
RESEAUX INTELLIGENTS Part 3
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Les réseaux électriques du futur :
- Dimension TECHNOLOGIQUE
- Dimension ECONOMIQUE
- Dimension SOCIETALE
- Dimension REGLEMENTAIRE
- Dimensions INTERNATIONALE, NATIONALE,
REGIONALE …
- Système « multi-échelles » espace / temps
- Hybridation : réseaux AC et réseaux DC
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55 Smart Grids, réseaux électriques intelligents - Visiatome CEA Marcoule - 13 mars 2014
Merci pour votre attention …