La constante augmentation de la production éolienne dans les réseaux a été possible grâce au développement technologique des éoliennes. Cependant, pour atteindre des niveaux de pénétration plus significatifs et conserver la fiabilité du réseau, il y a encore des progrès importants à réaliser :
• Les CTR doivent être adaptées de sorte à pouvoir accepter une pénétration éolienne plus importante, comme en Irlande par exemple ;
• L’usage de technologies éoliennes capables de contribuer aux services systèmes sera nécessaire. Cela dépendra notamment de l’engagement des constructeurs pour développer des éoliennes de faible taille performantes (inférieurs à 1 MW par exemple) et capables d’être protégées en cas de vents cycloniques ;
• La précision de la prédiction du vent devra être encore améliorée. Cette prédiction pourra être ainsi utilisée dans les contrôleurs des parcs éoliens afin de mieux gérer la production de l’ensemble du réseau ;
• La capacité des éoliennes de participer au réglage de la fréquence sera nécessaire.
Nous nous intéressons principalement au dernier point. Il existe actuellement très peu d’études sur la participation des éoliennes au réglage de fréquence. Jusqu’à présent ces études n’avaient pas d’intérêt car la participation des éoliennes à ce réglage n’était pas nécessaire. Aujourd’hui encore, dans les réseaux interconnectés, le niveau de pénétration d’énergie éolienne n’est pas suffisamment important pour qu’on soit obligé de limiter l’exploitation de la ressource éolienne afin d’avoir une réserve de puissance éolienne. Le problème est plus contraignant dans les réseaux insulaires. C’est pourquoi le suivi dynamique de l’équilibre production-consommation en présence de production éolienne dans ces réseaux est au centre de notre étude.
Le principe de contrôle de la fréquence est similaire pour les turbines liées à différents types de source : hydraulique, à vapeur et à gaz. Dans le cas des turbines éoliennes ce principe est différent car la quantité de vent qui traverse la turbine ne peut être ni contrôlée, ni déterminée avec précision pour l’instant.
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On peut envisager différentes stratégies de gestion des parcs éoliens suivant la réglementation en vigueur et d’après le prix de revient du kWh éolien par rapport à celui des sources traditionnelles présentes sur chacune des îles.
Stratégie de gestion quand il n’y a pas d’obligation de participation à la régulation de fréquence et quand le prix du kWh éolien est plus cher que celui produit par les sources classiques :
Dans ce cas, on cherche à utiliser la source de production éolienne au maximum de ses possibilités. Les fluctuations de la charge doivent être compensées par les moyens de production classique. Les fluctuations liées au vent doivent aussi être compensées par ces mêmes sources. Il faut cependant préciser que dans certains sites l’installation de nombreuses éoliennes induit un effet de foisonnement qui réduit de manière significative l’intermittence de la ressource. Ce fait est tout à fait favorable à la qualité de la puissance globale produite par ces éoliennes. Il est possible de déterminer statistiquement la fraction de production conventionnelle que les parcs éoliens peuvent substituer pour un même niveau de qualité de fourniture. Cependant dans le cas d’un réseau insulaire, le minimum ne peut quasiment jamais être garanti. Aussi, on peut remarquer que la dynamique d’évolution de ce type de production peut être suivie sans problèmes majeurs par certains types de production (il s’agit de contributions de réglage secondaire, le foisonnement compensant largement les fluctuations pouvant affecter la régulation primaire). Les groupes correspondant à ces productions (groupe diesel, turbine à gaz, hydraulique) sont susceptibles de réagir rapidement même s’ils sont initialement à l’arrêt. Au contraire, pour une installation thermique classique, au charbon par exemple, les temps de réaction peuvent être plus importants, en particulier leur démarrage nécessite plusieurs heures de délais (en fonction de leur température résiduelle).
Une attention particulière doit être portée au fonctionnement en creux de charge dans le cas où la pénétration éolienne est importante. C’est à ce moment que les problèmes de stabilité de réseaux risquent d’être les plus aigus car la proportion de la production éolienne par rapport à la production classique peut augmenter considérablement. La technique de réduction de la production conventionnelle ou déplacement de combustible peut trouver ses limites et atteindre les minimums techniques.
Si c’est le cas il faut commencer à baisser la production éolienne à moins que les prévisions de production des éoliennes sont telles qu’elles permettent de commencer progressivement à arrêter des unités classiques (celles qu’on pourrait redémarrer rapidement, si le vent venait à tomber !).
Stratégies de gestion quand il y a une obligation de participer au réglage de fréquence ou que le prix du kWh éolien est compétitif par rapport à celui produit par les sources classiques : Dans un de ces cas, les éoliennes doivent participer au réglage de fréquence ce qui suppose de conserver en permanence une marge de réglage de puissance active potentielle par rapport au maximum productible à ce moment. Dans ce cas, la puissance captée par l’éolienne doit être baissée de façon à conserver à tout instant une certaine réserve de puissance en fonction de la puissance disponible. Les stratégies et lois de commande permettant le réglage de la fréquence à partir de la production éolienne sont un des principaux intérêts de notre travail. Elles contemplent plusieurs étapes qui seront développées tout le long du document.