Ce profil montre réellement l’état instable du réseau de Ouidah. En effet, présentant la même al-lure que le profil de tension, le profil du VSI montre que juste trois nœuds ont des valeurs proches de l’unité (1 p.u.). Tous les autres nœuds ont des valeurs de VSI inférieurs à 0,8 p.u.
Du point de vue pertes, les pertes de puissance sont de457,34588 kW (pertes actives)et625,41503 kVAr (pertes réactives). Ces pertes représentent respectivement un taux de 13,45% de la puis-sance active totale générée et30,21% de la puissance réactive totale générée. Ces taux sont non conformes à la tolérance de pertes de puissance admises. En effet,pour les réseaux de distribution, les pertes de puissance doivent être comprises entre 3% et 5%[24].
De plus, ces pertes de puissance impliquent une perte d’énergie, constituant un énorme manque à gagner pour la SBEE. En effet, avec les pertes de puissance, on évalue le manque financier annuel par la formule suivante : PT.loss : la perte totale active
Tf = 0,7∗T T = 8760h
Le temps de fonctionnementTf est pris égal à 70% du total annuel, en tenant compte de la dispo-nibilité du réseau estimé par le rapport d’incident de 2018 [4].
On note alors une perte financière annuelle de 297 271 163,2 F CFA due aux pertes dans le réseau de Ouidah.
Cet état (instabilité de tension et énormes pertes en ligne) s’explique par la surcharge du réseau et sa longueur.
De ces diverses analyses, il ressort que l’état actuel du réseau de distribution de Ouidah affecte la qualité du service offert à la clientèle de cette zone et réduit énormément la marge de profitabilité de la SBEE.
2.8 Conclusion
Dans ce chapitre, la méthode du BFS, basée sur le matrices BIBC et BCBV, a été étudiée et éla-borée pour l’écoulement de puissance des systèmes radiaux de distribution. Ensuite, cet algorithme a été testé et validé. Cette méthode a servi à l’étude diagnostique du réseau HTA de Ouidah, afin de vérifier son état et confirmer ses problèmes d’exploitation. De cette étude, il ressort que le réseau de
Ouidah présente une forte instabilité en tension (119 nœuds instables) et d’énormes pertes en lignes (457,34588 kW et 625,41503 kVAr). Il convient donc, que la SBEE recourt à des moyens performants et fiables pour améliorer l’état électrique du réseau (réduction des pertes et amélioration du profil de tension), non seulement pour améliorer la qualité de son service, mais aussi pour augmenter sa profi-tabilité. Pour ce fait, il existe divers moyens. Parmi ceux-ci, on note l’ajout de générateurs d’énergie décentralisée (GED), l’installation de FACTS, l’utilisation des dispositifs de stockage d’énergie, etc...
Le chapitre suivant sera alors consacré au choix et à la modélisation desproductions décentralisées (pour secourir le réseau par de puissance active et/ou réactive) et duFACTS shunt(pour contribuer à la stabilité de tension).
CHOIX ET MODÉLISATION DES GED ET DU SVC
Sommaire
3.1 Introduction . . . 38 3.2 Les GED . . . 38 3.3 Le SVC . . . 46 3.4 Écoulement de puissance avec intégration des GED et du SVC . . . 50 3.5 Conclusion . . . 52
3.1 Introduction
L’objectif du présent chapitre est le choix et la modélisation des GED et du SVC. Dans un premier temps, il s’agira de justifier le choix des GED utilisés puis de les modéliser. Ensuite, nous justifierons le choix du SVC et ferons une présentation du modèle choisi dans le cadre de cette étude. Enfin, l’algorithme d’intégration des GED et du SVC à l’écoulement de puissance sera présenté.
3.2 Les GED
3.2.1 Définition et classification
Avec l’évolution sans cesse de la population, impliquant la croissance accrue de la demande en énergie électrique, il convient de chercher de nouvelles sources de production pour secourir les réseaux existants. Cet état de chose fait naître une nouvelle catégorie de sources de production, différentes des sources conventionnelles ou traditionnelles (centrales nucléaires, grandes centrales hydroélectriques, centrales thermiques, etc. . .). L’objectif premier est de rapprocher le plus possible les centres de pro-duction des consommateurs, réduisant ainsi les pertes en ligne et améliorant la qualité de l’énergie fournie. On procède alors à une décentralisation des sources de production, d’où le concept de« pro-duction décentralisée »ou de« générateurs d’énergie décentralisée (GED) ». Dans la littérature, on retrouve plusieurs autres dénominations, à savoir « Production distribuée », « Génération Dispersée
»,« Ressources d’Energie Distribuée ».
Toutefois, l’appellation de GED est juste réservée à une catégorie spécifique de sources de produc-tion. La Production Décentralisée est définie, dans [28], comme toute source d’énergie raccordée au réseau de transport, de répartition ou distribution et qui fait partie des énergies non conventionnelles (éolienne, solaire, piles à combustible, etc. . .) ou conventionnelles de petite puissance, puissance infé-rieure à 200 M W (micro-turbines à gaz, cogénération, moyen de stockage de l’énergie entre autres), hors des grandes centrales. Dans [29], les GED sont définis comme de petites sources de production d’énergie électrique directement connectées aux réseaux de distribution en des points stratégiques, et le plus proche possible des centres de consommation.
Les principales caractéristiques des GED sont [30] :
— la possibilité d’insertion à plusieurs emplacements dans le réseau ;
— la puissance produite est relativement faible.
Les GED peuvent être à énergie renouvelable (l’éolienne, le solaire photovoltaïque, l’hydroélec-trique, la biomasse, la géothermie, les piles à combustible utilisant l’hydrogène, etc...) ou à énergie non-renouvelable (la turbine à combustion, la turbine à vapeur, les micro-turbines, les PAC utilisant le gaz naturel ou le pétrole, etc...) [33] [34]. En fonction de la puissance (active et/ou réactive) injectée, on distingue, quatre types de GED, à savoir [35] [36] :
— Type 1:
Dans cette catégorie, on retrouve les GED capables de fournir uniquement de la puissance active. Il s’agit entre autres du solaire photovoltaïque, des piles à combustibles, des micro-turbines, etc..
— Type 2:
Il s’agit ici des GED fournissant uniquement de la puissance réactive. On peut citer : les com-pensateurs synchrones comme les turbines à gaz, etc...
— Type 3:
Ces GED fournissent à la fois la puissance active et la puissance réactive. Il s’agit principa-lement des machines synchrones comme la cogénération, les turbines à gaz, les éoliennes à base de machine synchrone, les éoliennes à base de machine asynchrone à double alimentation (MADA), l’énergie marémotrice, etc...
— Type 4:
Ici, ces GED injectent la puissance active mais absorbent de la puissance réactive. Il s’agit des machines asynchrones, etc...
3.2.2 Avantages et inconvénients des GED
Les GED, avec leur développement et leur intégration accrue dans les réseaux de transport et surtout de distribution, présentent plusieurs avantages, mais aussi quelques inconvénients.
De façon générale, c’est-à-dire pour tous les générateurs d’énergie décentralisée, les avantages tirés de la production décentralisée peuvent être résumés comme suit [29] [33] :
— la faible durée d’installation du système (jusqu’à moins de six (06) mois) ;
— le risque des investissements est moins critique ;
— le cout des investissements et de la maintenance est peu élevé ;
— la réduction des pertes en ligne ;
— l’amélioration du profil de tension ;
— la réduction de l’émission des gaz toxiques ou polluants ;
— l’augmentation de l’efficacité énergétique du réseau ;
— l’amélioration de la qualité de l’énergie fournie ;
— l’amélioration de la fiabilité et de la sécurité du réseau ;
— l’amélioration de la productivité ;
— la réduction de l’impact environnemental.
Parmi les inconvénients, on peut noter [37] :
— l’injection d’harmoniques au réseau, à cause des systèmes électroniques mis en place ;
— le mauvais placement des GED peut compromettre leurs avantages et malheureusement entrai-ner l’augmentation des pertes, la dégradation du profil de tension et la nécessité de
reconfirgu-ration du réseau.
3.2.3 Justification du choix des GED utilisés
Dans le cadre de notre étude, nous avons opté pour les GED de Type 1 (capable de fournir la puis-sance active uniquement) et de Type 3 (capable de fournir la puispuis-sance active et la puispuis-sance réactive).
Pour le Type 1, nous prenons le cas du solaire photovoltaïque et celui des piles à combustible. Concer-nant le Type 3, il s’agira de l’éolienne à vitesse variable, notamment celle à base de MADA (Machine Asynchrone à Double Alimentation).
Le choix des GED de type 1 est fait en raison de leur aptitude à fournir de la puissance active. Cette dernière est nécessaire dans notre étude pour influencer le transit de puissance et de ce fait réduire les pertes.
Quant au GED de type 3, il s’agit non seulement de la fourniture de la puissance active mais aussi son aptitude à fournir la puissance réactive en cas de besoin.
Le solaire photovoltaïque
L’énergie solaire photovoltaïque est une énergie électrique renouvelable obtenue par conversion de la radiation incidente solaire.
Pour un producteur et/ou un gestionnaire de réseau de distribution, le photovoltaïque permet en effet de diversifier sa production d’électricité, de mettre en avant un bilan écologique favorable ou encore de lisser les pics de consommation en journée[38].
D’abord, le choix du PV est basé sur le fort potentiel solaire dont dispose le Bénin. En effet, le Sud-Bénin, où se trouve Ouidah, possède un ensoleillement moyen de 3,9kW h/m3 [39].
Ensuite, il est question des divers avantages qu’offre le PV. On peut citer :
— l’absence de combustible ;
— le respect de l’environnement et la contribution à la réduction des gaz à effet de serre ;
— la faible maintenance.
L’éolienne
Un parc éolien est une centrale de production d’électricité à partir de l’énergie du vent.
Au Bénin, une étude réalisée par le PNUD (Programme des Nations Unies pour le Développement) en collaboration avec le Ministère de l’Energie [39], révèle que les mesures du vent (à 10-12 m) indiquent que la bande côtière présente un potentiel appréciable et des vitesses de vent ayant une fréquence constante toute l’année. Ces vitesses varient entre 4 à 6 m/s. Sachant que la vitesse nominale pour qu’une éolienne atteigne sa puissance maximale est de 3,3 m/s, cette étude révèle que la zone côtière, dont Ouidah, est prédisposée à recevoir des éoliennes.
Par ailleurs, parmi les types d’éolienne (éolienne à vitesse fixe reposant sur l’utilisation d’une machine
asynchrone à cage directement couplée sur le réseau, éolienne à vitesse variable basée sur une machine asynchrone à double alimentation et éolienne à vitesse variable basée sur une machine synchrone), nous utilisons celle basée sur la MADA. Ce choix est guidé non seulement par la capacité à augmenter la plage de fonctionnement de l’éolienne, notamment pour les faibles vitesses de vent où le maximum de puissance est converti, mais aussi par sa contribution à la compensation réactive du système. En effet, ce type d’éolienne, grâce à ses deux convertisseurs, a la possibilité d’absorber ou d’injecter du réactif dans le réseau, en fonction de l’état de ce dernier [40].
— Si la vitesse mécanique est supérieure à la vitesse synchrone ( Ω > Ωs), un fonctionnement hypersynchroneest obtenu. Pour ce fonctionnement, la puissance réactive est extraite du circuit rotorique et envoyée sur le réseau à travers les convertisseurs de puissance.
— Sinon (Ω<Ωs), unfonctionnement hyposynchroneest obtenu et la puissance circule alors du réseau vers le circuit rotorique.
Les PAC
Une pile à combustible est un système électrochimique qui convertit l’énergie chimique contenue dans le combustible en énergie électrique à courant continu.
Le choix de cette source de production décentralisée s’est essentiellement basé sur ses atouts. Parmi ceux-ci, on note principalement [41] :
— une grande modularité permettant des montages très variés avec une très grande facilité d’in-sertion (y compris dans des unités préfabriquées) ;
— une flexibilité d’installation très forte quel que soit l’emplacement d’utilisation ;
— des temps de réponse extrêmement courts ;
— La protection de l’air :
Une absence quasi-totale de dégagement de polluant (CO2 en particulier).
Pas de rejet d’oxydes de soufre ni d’autres particules en cas d’utilisation d’hydrogène pur.
Dans le cas où l’hydrogène est obtenu à partir d’un autre combustible, il y a un faible rejet d’oxyde d’ammoniacN Ox(2mg/m3).
— L’économie d’énergie :
Le courant électrique continu est généré avec des rendements élevés. Le rendement électrique est supérieur à 60%, tandis que le rendement total (électrique + thermique) est de 80% environ.
Un rendement élevé de production d’électricité (très supérieur à celui des solutions classiques).
— La limitation des nuisances sonores :
Il n’y a aucun bruit généré par le processus électrochimique. Seuls les systèmes auxiliaires émettent un faible bruit.
— La maintenance limitée : De grandes facilités de maintenance dues à l’absence de pièces mo-biles et à la facilité de remplacement des composants.
Le principal inconvénient des PAC est leur faible durée de vie, huit (08) ans en moyenne. Ensuite,
on note l’irritation de la peau, des yeux et des troubles respiratoires, suite à une exposition fréquente aux gaz (SO2etN Ox). Ceci est contourné par la mise en place de systèmes de stockage à froid de ces gaz et aussi par le port de combinaison couvrant tout le corps et le port de casque, en cas de travaux de maintenance ou d’entretien.
3.2.4 Modélisation des GED
3.2.3.1. Modèle général des GED
Les GED sont intégrés dans les réseaux électriques pour apporter ou absorber de la puissance active ou réactive ou les deux. Ainsi, quel que soit le type de GED, on les considère comme des sources de puissances active et/ou réactive (positives ou négatives, en fonction du type).
Un GED placé en nœudiest alors représenté comme le montre la figure 3.1.
FIGURE 3.1 – Connexion d’un GED au nœudi