Calcul de l’énergie réglante éolienne

5.5.1.1. Energie réglante d’une turbine

La notion d’énergie réglante primaire a été définie dans le chapitre 1 de la présente thèse (cf. 1.5.2). Il est rappelé que l’énergie réglante d’un groupe participant au réglage primaire de fréquence représente la quantité de puissance qu’il peut fournir au système électrique pour une variation de fréquence donnée tant qu’il n’est pas en butée. La caractéristique statique du réglage primaire d’un groupe conventionnel est tracée en Figure 5-14(a). Si l’on définit Pn_conv la puissance nominale et conv le statisme de ce groupe, son énergie réglante (Kconv) autour de la fréquence normale (f0) sera calculée comme suit :

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.

n_conv l_conv 0_conv conv conv 0 0 min P P P K f f f      (5.7)

Avec : Pl_conv [MW] : puissance affichée au limiteur du groupe,

P0_conv [MW] : programme de marche du groupe pour la fréquence normale, fmin [Hz] : fréquence minimale autorisée au-dessus de laquelle toute réserve primaire constituée doit être libérée au réseau (fréquence régulée par les gestionnaires de réseaux).

(a) (b) P0(t) P Pdisp(t) Puissance nominale Puissance disponible PEturbine(t) Kturbine f fmin(t) f0 Pn_turbine P0_conv P Pn_conv Maximum Limiteur Kconv = 0 Réserve primaire f fmin régulée f0 . n_conv conv conv 0 P K f   P l_conv

Figure 5-14. Caractéristique statique du réglage primaire de fréquence ((a) groupe conventionnel ; (b) turbine éolienne)

La chaîne du réglage primaire de fréquence implantée dans la boucle de la commande de puissance d’une turbine éolienne est similaire à celle implantée sur les groupes conventionnels (illustrée en Figure 4-10 du chapitre 4). La chaîne étant modélisée en p.u, pour un statisme donné, la pente de la régulation primaire reste alors inchangée pour tout point de fonctionnement de l’éolienne. Par conséquent, d’après la définition générale de l’énergie réglante primaire, l’énergie réglante d’une turbine éolienne (Kturbine) peut être calculée par l’équation suivante :

. n_turbine turbine eol 0 P K f   (5.8)

Avec : Pn_turbine [kW ou MW] : puissance nominale de la turbine, eol : statisme éolien (gain du réglage primaire de l’éolienne).

La caractéristique statique du réglage primaire d’une éolienne est montrée sur la Figure 5- 14(b). Par rapport celle des groupes conventionnels, il faudrait noter que comme le productible éolien (Pdisp(t)) est temporellement variable, selon la stratégie du placement de réserve appliquée, la puissance effacée (PEturbine(t)) sur la turbine présenterait également une caractéristique intermittente. Cela implique que, pour une pente de régulation (ou une énergie réglante Kturbine) donnée, la marge fréquentielle sur laquelle la participation de l’éolienne au réglage primaire est effective (f0 - fmin(t)) serait également variable a priori, et dépendrait du point de fonctionnement de l’éolienne.

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5.5.1.2. Energie réglante d’une ferme

L’énergie réglante d’une ferme est la somme des énergies réglantes des turbines éoliennes au sein de la ferme participant au réglage primaire de fréquence. Certaines hypothèses simplificatrices ont été émises afin de pouvoir caractériser l’énergie réglante d’un parc éolien :

 Il est supposé que toutes les turbines de la ferme sont identiques (avec la même puissance nominale Pn_turbine) et que le statisme de ces turbines est réglé à la même valeur eol. Cette hypothèse doit correspondre à la réalité dans la plupart des cas.  La maintenance des éoliennes n’est pas prise en compte et toutes les turbines sont

supposées fonctionner normalement. En effet, le plan de maintenance d’une ferme est parfaitement prévisible à l’échelle du temps étudié et peut être communiqué aux gestionnaires de réseaux avant le placement de la réserve. Son impact sur l’énergie réglante de la ferme est donc négligé.

 Il est supposé en plus que toutes les turbines raccordées au réseau dont la production n’est pas nulle contribuent à la réserve primaire, i.e. le volume de réserve de la ferme est réparti sur l’ensemble des turbines raccordées.

 Toutes les turbines au sein de la ferme sont supposées raccordées au réseau. En effet, en absence des problèmes techniques et de maintenance, on peut considérer qu’aucune éolienne n’est à l’arrêt à partir d’une production de la ferme de l’ordre de 0,1-0,2 p.u.

En se basant sur ces hypothèses, l’énergie réglante d’une ferme comportant NT turbines peut être calculée par l’équation (5.9) :

. . . n_turbine n_ferme ferme T eol 0 eol 0 P P K N f f     (5.9)

Avec : Pn_ferme [MW] : puissance nominale de la ferme considérée.

En faisant une simple application numérique sur les équations (5.8) et (5.9), on peut déduire que pour une turbine de 2 MW dont le statisme est réglé à 4%, son énergie réglante

vaut 2MW 1MW/Hz

0.04 50Hz

turbine

K  

 . Si une ferme contient 20 turbines de ce genre,

l’énergie réglante que peut proposer cette ferme est donc Kferme = 20.Kturbine = 20 MW/Hz. Il faut noter que l’hypothèse de la participation de toutes les éoliennes à tout moment au réglage primaire de fréquence reste discutable, notamment en cas de faible vitesse du vent. Il semble ainsi intéressant de faire une analyse statistique avec les données plus précises au niveau des turbines de manière à caractériser l’éventuelle variabilité du nombre de turbines capables de participer au réglage primaire en pratique. Néanmoins, la contribution d’une ferme à la réserve ne serait pas nécessaire quand sa production est relativement faible. En

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plus, dans cette situation, le volume de réserve qui peut être placé sur la ferme serait négligeable et la diminution éventuelle de l’énergie réglante de la ferme ne devrait pas poser de problème aux gestionnaires de réseaux. Dans ce sens, l’hypothèse émise ne semble donc pas très forte non plus.