Chapitre 1 Planification des réseaux de distribution en présence d’énergies renouvelables
1.3 La planification actuelle des réseaux de distribution
1.3.2 Les principales hypothèses des études décisionnelles
Pour garantir la cohérence du développement du réseau et respecter l’obligation d’objectivité et de
non-discrimination, le GRD doit appliquer des principes décisionnels communs à tous les problèmes à traiter. La résolution d’un problème peut être décomposée en trois étapes :
1) Identifier différentes solutions techniques susceptibles de résoudre le problème et de respecter les différents engagements du GRD (partie 1.3.2.1).
2) Mener des études de faisabilité technique pour vérifier l’aptitude des différentes solutions à
résoudre le problème constaté sous respect des contraintes, en particulier les contraintes de tension et de courant (partie 1.3.2.2).
3) Faire des calculs technico-économiques pour établir le Coût Net Actualisé (CNA) des différentes solutions techniquement faisables (partie 1.3.2.3).
La solution optimale est la solution techniquement faisable qui obtient le CNA minimal.
1.3.2.1 L’élaboration des solutions
Plusieurs solutions peuvent être envisagées en fonction de la localisation des contraintes (Tableau 1-3).
Localisation de
la contrainte Solutions possibles
Transformateur
- Mutation (remplacement) du transformateur en contrainte - Création d’un nouveau poste électrique
- Si transformateur HTB/HTA :
o Rééquilibrage des charges dans le poste source
o Ajout d’un transformateur supplémentaire dans le poste source existant
Départ
- Renforcement du départ en contrainte - Dédoublement de départ
- Création de nouveaux ouvrages
- Si départ HTA : reconfiguration d’exploitation du réseau HTA
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Pour une même solution, plusieurs variantes peuvent être imaginées en fonction des ouvrages remplacés ainsi que du dimensionnement et du tracé des nouveaux ouvrages. En pratique, le GRD
s’appuie sur son expérience et son expertise pour sélectionner les variantes les plus prometteuses. En
particulier, pour un niveau de tension donné, le GRD élabore des solutions :
- en résolvant d’abord les contraintes de puissance apparente dans le transformateur, puis les
contraintes de courant sur le réseau, et enfin les contraintes de tension sur le réseau ;
- en choisissant le dimensionnement des ouvrages à renforcer/créer selon des abaques prédéfinis.
1.3.2.2 La détection de contraintes de tension et de courant
Les contraintes de tension et de courant sont les principaux facteurs intervenant dans le dimensionnement des ouvrages du réseau.
1.3.2.2.1 Les contraintes de tension
Sur les plans contractuel et réglementaire, la tension au point de raccordement d’un utilisateur HTA
moyennée sur 10 minutes doit rester dans une plage de ±5 % autour d’une valeur contractuelle Uc, elle-même fixée dans une plage de ±5 % autour de la tension nominale Un du réseau HTA (norme C13-200, [ERD08]). Lors des études décisionnelles en HTA, le GRD vérifie que la tension en tout point du réseau HTA reste dans une plage de ±5 % autour de Un dans des conditions normales
d’exploitation, et dans une plage de [–5 % ; +8 %] autour de Un dans des conditions dégradées
d’exploitation.
Sur le plan réglementaire, la tension au point de raccordement d’un utilisateur BT moyennée sur
10 minutes doit rester à tout instant dans une plage de ±10 % autour de la tension nominale Un du réseau HTA (norme C15-100, [ERD08]). Lors des études décisionnelles en BT, le GRD vérifie que la variation de tension entre le transformateur HTA/BT et tout point du réseau BT ne dépasse pas des valeurs prédéfinies en fonction de la tension au secondaire du transformateur HTA/BT, qui est déterminée lors des études d’adaptation du réseau HTA.
Un nœud est dit en contrainte de tension haute (ou surtension) si sa tension est supérieure à la borne
haute de la plage de tension admissible ; en contrainte de tension basse si sa tension est inférieure à la borne basse de la plage de tension admissible.
1.3.2.2.2 Les contraintes de courant et de puissance apparente
Les contraintes de courant/puissance apparente dans les ouvrages du réseau sont définies pour respecter les limites constructives des matériels et assurer une hauteur de sécurité pour les liaisons aériennes. Les définitions suivantes sont retenues lors des études décisionnelles [ERD08] :
- Un transformateur est en contrainte de puissance apparente lorsque la puissance apparente le traversant est supérieure à sa puissance apparente maximale.
- Un conducteur est en contrainte de courant lorsque le courant le traversant est supérieur à son courant maximal admissible pendant plus de 10 minutes.
Il est à noter qu’en exploitation, des surcharges temporaires de transformateurs et de câbles souterrains
HTA sont tolérées sur des périodes inférieures à 1 ou 3 heures.
1.3.2.2.3 Les hypothèses actuelles de calcul
Les contraintes de courant et de tension sont détectées à partir de simulations de l’état électrique du
réseau. Comme montré dans le Tableau 1-4, les hypothèses actuelles de calcul électrique sont
Chapitre 1 Planification des réseaux de distribution en présence d’énergies renouvelables intermittentes
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Etude HTA Etude BT
M o dèle des ré sea u x
- Réseau HTB vu comme une source/récepteur d’énergie de puissance infinie.
- Réseau HTA supposé triphasé équilibré, représenté par un schéma monophasé équivalent. Conducteurs HTA représentés par des modèles en Pi : résistance et inductance séries + capacitance parallèle.
- Réseau BT agrégésous la forme d’un nœud de consommation/production au secondaire des transformateurs HTA/BT.
- Réseau HTA vu comme une source/récepteur d’énergie de puissance infinie.
- Réseau BT supposé triphasé déséquilibré, représenté par un schéma triphasé équilibré avec neutre et un coefficient statistique de déséquilibre entre phases. Conducteurs BT représentés par des résistance et inductance séries.
M o dèle des utilis a teurs
- Puissance ponctuelle aux nœuds de production et de consommation (pas de profils temporels). - Foisonnement de consommation considéré :
puissance consommée en aval du transformateur HTB/HTA répartie aux nœuds de consommation au prorata de leur puissance maximale mesurée le jour le plus chargé de l’année P*max.
- Tangente phi des consommateurs fixée à 0,4 par défaut.
- Profils temporels individualisés de puissance pour chaque consommateur, qui indiquent une moyenne et une variance de puissance à chaque pas horaire en jour ouvré et en jour férié. - Puissance constante des producteurs : nulle ou
maximale selon les études.
- Foisonnement de consommation considéré : aléa supposé gaussien autour de la puissance moyenne individuelle.
- Tangente phi des consommateurs fixée à 0,5 par défaut.
Tableau 1-4 Hypothèses actuelles des études électriques en planification HTA et BT [ERD10], [ERD11],
[ERD11-2], [ERD08].
1.3.2.2.4 Les cas de consommation et de production étudiés
Pour s’assurer que les contraintes de courant et de tension sont vérifiées à tout instant, le GRD étudie
des cas pessimistes de production et de consommation (Tableau 1-5) :
- une consommation maximale et une production nulle pour détecter des risques de contrainte de tension basse et de courant ;
- une consommation minimale et une production maximale pour détecter des risques de contrainte de tension haute et de courant.
Ces cas pessimistes de production et de consommation sont étudiés :
- sous les hypothèses propres à chaque domaine de tension (partie 1.3.2.2.3) ;
- en considérant une incertitude de 1 % sur la consigne de tension du régleur en charge du transformateur HTB/HTA pour tenir compte du fonctionnement discret du régleur [ERD11].
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Contraintes
vérifiées Cas de consommation et de production étudiés Raccordement d’un
consommateur [ERD10], [ERD11-2]
Courant. Tension basse.
Consommation maximale estimée à la température minimale de base, PTMB, et production nulle selon les conditions d’exploitation normales. Raccordement d’un
producteur [ERD11], [ERD11-2]
Courant. Tension haute.
Consommation minimale (égale par défaut à 20 % de la consommation maximale mesurée le jour le plus chargé de l’année, P*max) et production maximale selon les conditions d’exploitation normales.
Adaptation du réseau sur 1-10 ans
[ERD08]
Courant. Tension basse.
- Consommation maximale estimée à la température minimale de base, PTMB, et production nulle selon les conditions d’exploitation normales.
- Consommation maximale mesurée le jour le plus chargé de l’année, P*max, et production nulle selon des conditions d’exploitation dégradées (avec perte d’un ouvrage du réseau).
Tableau 1-5 Contraintes et cas de consommation et de production étudiés lors des études décisionnelles
[ERD10], [ERD11], [ERD11-2], [ERD08].
1.3.2.3 Les calculs technico-économiques
Le GRD réalise des calculs technico-économiques pour comparer des solutions sur un horizon temporel long.
1.3.2.3.1 Le coût net actualisé
Comme les solutions engagent potentiellement des dépenses différentes à des dates différentes, il est
nécessaire d’actualiser les coûts avant de pouvoir les sommer. Le principe d’actualisation suppose que
tout acteur économique préfèrera disposer d’une ressource financière dans l’immédiat que dans le
futur. Un taux d’actualisation i est donc appliqué aux coûts annuels pour les ramener à l’année 1 : un
coût cà l’année t est équivalent à un coût cact = c/(1 + i)t-1€ à l’année 1.
Pour comparer les solutions possibles pour résoudre un problème donné, le GRD établit le Coût Net Actualisé (CNA) de chaque solution sur une même période de T années. La solution optimale est la solution techniquement faisable qui obtient le CNA minimal.
Le CNA d’une solution sur T années est défini comme suit :
( ) ( ) ( )
å
= - - ÷÷ ø ö ç ç è æ + -+ + + = -+ = T t T t t t t t act act act i V i C i I V C I CNA 1 1 1 1 1 1 , (1.1) avec :- Iact, Cact et Vact: les montants respectifs d’investissement, de coûts opérationnels et de valeurs
d’usage actualisés à l’année 1 ;
- T: le nombre d’années de l’étude technico-économique ;
- i: le taux d’actualisation des coûts réels ;
- It : le montant des investissements à réaliser à l’année t ;
- Ct: le montant des coûts opérationnels prévisionnels à l’année t ;
- Vt: la valeur d’usage, ou valeur résiduelle, de l’investissement Ità la fin de l’année T.
Le retrait des valeurs d’usage des investissements permet de quantifier les reports d’investissement et
comparer les stratégies sur une même période d’étude. La valeur d’usage Vt est calculée comme suit :
( ) ( )
( )
A t t T A t I i i i V t t 1 1 1 1 1 -+ + -+ = + -, (1.2)Chapitre 1 Planification des réseaux de distribution en présence d’énergies renouvelables intermittentes
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1.3.2.3.2 Hypothèses des calculs technico-économiques
Comme montré dans le Tableau 1-6, les hypothèses des calculs technico-économiques sont spécifiques aux études décisionnelles. Les coûts opérationnels sont en général estimés à partir de données statistiques [ERD08]. Il est à noter que, bien que seuls les investissements interviennent dans les calculs technico-économiques des études BT, tout nouvel ouvrage est néanmoins dimensionné à partir
d’abaques qui garantissent l’optimum économique en investissement et coût des pertes sur la durée de
vie de l’ouvrage [ERD11-2].
Raccordement des utilisateurs BT Raccordement des utilisateurs HTA Développement du réseau BT Développement du réseau HTA Taux d’actualisation i = 8 %
Période d’étude T = 10 ans T = 10 à 40 ans, en fonction de la durée de vie des solutions
Accroissement de
la consommation Pas d’accroissement considéré.
Accroissement compris entre 1 et 5 % par an selon le réseau étudié. Investissements
considérés dans le CNA
Achat et installation des nouveaux ouvrages nécessaires au renforcement/création de réseau. Coûts opérationnels considérés dans le CNA Aucun car négligeable devant les investissements.
Coûts des pertes techniques.
Aucun car négligeable
devant les investissements.
Coûts des pertes techniques. Energie non distribuée.
Entretien et réparation des ouvrages.
Tableau 1-6 Hypothèses des calculs technico-économiques [ERD08].