OPTIMISATION DE L’OFFRE DE L’ENERGIE ELECTRIQUE DANS LE RESEAU HTA DE LA VILLE DE COTONOU

(1)

ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY – CALAVI

*****************************

DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE

*******************************

Option : Energie Electrique

POUR L’OBTENTION DU

DIPLÔME D’INGENIEUR DE CONCEPTION

Thème :

Réalisé par : Paulin KANKINOU

Sous la direction de :

Dr Ramanou BADAROU : Enseignant à l’EPAC, Maitre de mémoire

M. Malick MAMA : Chef service de la Cartographie et de la Modélisation des Réseaux Electriques /SBEE, Encadreur

Année Académique : 2013 – 2014 7^ème Promotion

Présenté par :

OPTIMISATION DE L’OFFRE DE L’ENERGIE

ELECTRIQUE DANS LE RESEAU HTA DE LA VILLE DE COTONOU

(2)

Réalisé par Paulin KANKINOU i

SOMMAIRE………..i

DEDICACES………...iii

REMERCIEMENTS………..……….iv

LISTE DES SIGLES, ACRONYMES ET ABREVIATIONS……….vii

LISTE DES TABLEAUX……….…………ix

LISTE DES FIGURES……….xiv

LISTE DES ANNEXES……….………….xvi

RESUME……….……….…xvii

ABSTRACT……….xviii

INTRODUCTION GENERALE………..……….1

CHAPITRE 1 : ETAT DU RESEAU HTA DE LA VILLE DE COTONOU………..………3

Introduction partielle………..4

1.1. Situation administrative et description du réseau HTA de la ville de Cotonou………..4

1.2. Problèmes liés au réseau HTA de la ville de Cotonou………..…16

Conclusion partielle………34

CHAPITRE 2 : ANALYSE PAR SIMULATION DU RESEAU HTA DE LA VILLE DE COTONOU…35 Introduction partielle………...36

2.1. Présentation du logiciel de simulation (MATLAB-PSAT)……….…36

2.2. Modélisation du réseau électrique de la ville de Cotonou………37

2.3. Simulation du réseau électrique HTA de la ville de Cotonou………45

2.4. Paramétrage des composants du réseau électrique HTA de la ville de Cotonou………46

2.5. Calcul des paramètres linéiques des différents modèles des composants du réseau électrique HTA de la ville de Cotonou……….………..47

2.6. Présentation des résultats de simulations……….………53

2.7. Validation du modèle……….………59

2.8. Analyse des résultats de simulations……….……….64

Conclusion partielle………..……….64

CHAPITRE 3 : OPTIMISATION DE L’OFFRE DE L’ENERGIE ELECTRIQUE DU RESEAU HTA DE LA VILLE DE COTONOU………...65

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Réalisé par Paulin KANKINOU ii

Introduction partielle………..………….66

3.1. Critères d’optimisation de l’offre de l’énergie électrique ……….66

3.2. Résultats obtenus à partir des critères d’optimisation………..….67

3.3. Ecart de puissances actives et réactives……….……….68

3.4. Méthodes de compensation de la puissance active et de la puissance réactive.….70 3.5. Simulation du réseau après compensation………83

3.6. Comparaison des résultats de simulation avant et après l’optimisation……….…87

Conclusion partielle………..……….88

CHAPITRE 4 : ETUDE ECONOMIQUE DU PROJET……….…89

Introduction Partielle……….……….90

4.1. Inventaire des matériels………...90

4.2. Elaboration du devis estimatif………..………..90

4.3. Etude de la rentabilité des investissements ……….……….92

4.4. Planification de l’exécution des travaux ………..………….…..93

Conclusion partielle……….……….94

CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES………...95

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ...99

ANNEXES ………..……….…..101

TABLE DES MATIERES……….133

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Réalisé par Paulin KANKINOU iii

A

Mon père Jules KANKINOU A

Ma mère Cécile ADOGUIN ET

Mes frères et sœurs

Je dédie ce travail pour le rôle que chacun d’entre vous a joué dans mon éducation.

« Le bonheur est à votre foyer, ne le cherchez pas dans le jardin des étrangers »

D. Jerrold

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Réalisé par Paulin KANKINOU iv

Avant toutes choses, nous rendrions grâce à l’éternel tout puissant détenteur et dispensateur de toutes grâces et de tous biens, sans qui ce travail ne saurait aboutir.

Nous adressons également nos sincères remerciements et profondes gratitudes à tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué d’une manière ou d’une autre à la réalisation de ce mémoire. Ces remerciements vont à l’endroit :

Des Professeurs Félicien AVLESSI et Clément BONOU, respectivement Directeur et Directeur Adjoint de l’EPAC et à toute l’administration, pour tous les efforts consentis pour la réussite de notre formation;

du Dr. François-Xavier FIFATIN, Chef du Département de Génie Electrique, pour sa détermination à nous offrir une formation de qualité dans ledit département;

du Dr Ramanou BADAROU, enseignant à l’EPAC, Maître de mémoire, pour ses conseils et sa disponibilité tout au long de ce travail;

des professeurs du département de Génie Électrique qui ont participé à la réussite de notre formation, en particulier messieurs Robert HANGNILO; Vincent HOUNDEDAKO, Théophile HOUNGAN et Luc NASSARA ;

des techniciens du laboratoire de Génie Electrique, pour tous les efforts consentis au cours de notre formation ;

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Réalisé par Paulin KANKINOU v

Monsieur Camille KPOGBEMABOU, Directeur Général de la SBEE de nous avoir accepté à faire notre stage à la SBEE;

de Monsieur Jean Paul AHOYO, Directeur des Etudes et du développement à la SBEE, pour nous avoir acceptés en tant que stagiaire dans son service ;

de Monsieur Malick I. MAMA, Chef Service de la Cartographie et de la Modélisation des Réseaux Electriques à la SBEE, tuteur de stage, pour sa disponibilité et son encadrement au cours de notre stage pour la rédaction de notre mémoire ;

de Monsieur François HODONOU, Chef Service des Projets à la DED, pour ses conseils au cours de notre stage ;

de Monsieur Moussa MACHIOUDI, Agent responsable de la DED pour sa franche collaboration ;

de Monsieur Patrick FANTODJI, Chef Service Statistiques à la SBEE pour sa disponibilité, ses nombreux conseils et encouragements ;

de Monsieur Arouna OLOULADE, Directeur de la Distribution à la SBEE pour sa disponibilité et son attachement à la réalisation de ce mémoire ;

des Sieurs Eudes-Joachim MAYAKI et Cyrille AKPATA, pour tout leur soutien tout au long de notre stage ;

de tout le personnel de la DED/SBEE;

de tous mes frères et sœurs qui d’un instant à autre, ont joué le rôle de paternité tout au long de cette formation. Pour cela je dirai que l’arbre planté portera bientôt ses fruits.

de mon Oncle François KANKINOU pour ses conseils et son soutien;

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Réalisé par Paulin KANKINOU vi

de mon Oncle Séraphin TCHEKPE, Opérateur Economique pour ses soutiens moraux et matériels incommensurables;

de mon Oncle Eric CHRYSOSTOME, Opérateur Economique pour ses soutiens inoubliables;

de tous mes cousins et cousines notamment Paul GNANSA, Ingénieur en Génie Civil pour ses soutiens gravés dans mon cœur;

de mon Oncle Norbert ADOGUIN pour ses conseils et son soutien;

de toutes mes tantes pour leur soutien et encouragement dans les moments les plus difficiles.

De ma grand-mère KOSSOUHO Bernadette pour ses incommensurables soutiens et encouragements ;

de tous mes camarades de promotion en particulier Carlos KPEHOUNTON; Jean-Luc ABAI ; François KOUMAKO, Paul AMOUSSOU, Espoir QUENUM; Pierre AGUEMON … pour l’atmosphère de convivialité et de fraternité qui a régné entre nous durant notre formation ;

à toutes les personnes qui ont contribué de près ou de loin à l'élaboration de ce mémoire ainsi qu'à la réussite de mon cursus universitaire.

Que les membres du jury trouvent ici l’expression de notre reconnaissance pour avoir accepté d’examiner ce travail.

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Réalisé par Paulin KANKINOU vii

LISTE DES SIGLES, ACRONYMES ET ABREVIATIONS

CEB: Communauté Electrique du Bénin CEI: Compagnie Electrique Ivoirienne

DED : Direction des Etudes et du Développement

FACTS: Flexible Alternative Curent Transmission System HTA: Haute Tension catégorie A

HTB: Haute Tension catégorie B HPC: Haut Pouvoir de Coupure JDB: Jeux De Barre

km: kilomètre kV: kilo Volt

MVA: Méga Voltampère

MVAR: Méga Voltampère Réactif MW: Mégawatt

NF: Norme Française P: puissance active Q: puissance réactive Ω/km: Ohm par kilomètre

SBEE: Société Béninoise d’Energie Electrique VRA: Volta River Authority

TC: Transformateur de Courant T1: Transformateur 1

T2: Transformateur 2 T3: Transformateur 3 T5: Transformateur 5 T6: Transformateur 6 Cot1 : Cotonou1 Cot3 : Cotonou3 Cot4 : Cotonou4 Cot5 : Cotonou5 Cot6 : Cotonou6

10A sout : 10A souterrain

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Réalisé par Paulin KANKINOU viii 10B sout : 10B souterrain

TCN: Transmission Compagny of Nigeria C442 : Poste de répartition de VEDOKO TCM : Combiné de mesure

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Réalisé par Paulin KANKINOU ix

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1.1: Découpage de la ville de Cotonou en arrondissements.……..….5 Tableau 1.2 : Zones desservies par chaque départ de C442….…………...…..9 Tableau 1.3 : Zones desservies par chaque départ du poste source de GBEGAMEY………12 Tableau 1.4: Zones desservies par chaque départ du poste source d’AKPAKPA………..…………..15 Tableau 1.5 : Interruptions enregistrées sur les départs du poste de répartition de VEDOKO………16 Tableau 1.6 : Interruptions enregistrées sur les départs du poste source de GBEGAMEY………17 Tableau 1.7 : Interruptions enregistrées sur les départs du poste source d’AKPAKPA...17 Tableau 1.8 : Durées annuelles de la somme des déclenchements et des coupures pour travaux du poste de répartition de VEDOKO……….…….19 Tableau 1.9 : Durées annuelles de la somme des déclenchements et des coupures pour travaux du poste source de GBEGAMEY...19 Tableau 1.10 : Durées annuelles de la somme des déclenchements et des coupures pour travaux du poste source d’AKPAKPA...20 Tableau1.11 : Evaluation des pertes au niveau des clients et au niveau de la SBEE sur chaque départ du poste d’étude du poste de répartition de VEDOKO………..……...22 Tableau1.12 : Evaluation des pertes au niveau des clients et au niveau de la SBEE sur chaque départ de GBEGAMEY……….……22 Tableau 1.13 : Evaluation des pertes au niveau des clients et au niveau de la SBEE sur chaque départ d’AKPAKPA………..…23 Tableau1.14 : Longueur, puissances active, puissance réactive, facteur de puissance, pertes actives, ^∆𝑃

𝑃 et chutes de tension relative mesurée sur tous les départs du poste de répartition de VEDOKO……….25

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Réalisé par Paulin KANKINOU x

Tableau1.15: Longueur, puissances active, puissance réactive, pertes actives,

∆𝑃

𝑃 (%) et les chutes de tension relative, mesurés sur les départs critiques du poste de répartition de VEDOKO……….…...26 Tableau1.16 : Longueur, puissances active, puissance réactive, facteur de puissance, les pertes actives, ^∆𝑃

𝑃 et les chutes de tension mesurés sur tous les départs du poste source de GBEGAMEY………..28 Tableau1.17 : Puissances active, réactive mesurée et les chutes de tension correspondante sur les départs du poste source de GBEGAMEY…………..29 Tableau1.18 : Longueur, puissances active, puissance réactive, facteur de puissance, ^∆𝑃

𝑃 (%) et chutes de tension relative mesuré sur tous les départs du poste source d’AKPAKPA ………..………30 Tableau1.19 : Longueur, puissances active, réactive, facteur de puissance,

∆𝑃

𝑃 (%) et les chutes de tension mesurés sur les départs critiques du poste source d’AKPAKPA……….…………..31 Tableau 2.1 : Différents types de nœud et les variables associées……..…..38 Tableau 2.2 : Valeurs des grandeurs de base……….…46 Tableau 2.3 : Caractéristiques des métaux utilisés……….49 Tableau 2.4 : Facteur de proportionnalité entre 𝑅_𝐴𝐶 et 𝑅_𝐷𝐶………49 Tableau 2.5 : Résistance linéique en DC et en AC des conducteurs en fonction de leur section……….…51 Tableau 2.6 : Valeur de la réactance des conducteurs en fonction de la section……….52 Tableau 2.7 : Capacité et susceptance des conducteurs ………….…………52 Tableau 2.8 : comparaison des puissances actives et réactives mesurées et simulées au poste de répartition de VEDOKO……….……59 Tableau 2.9 : comparaison des chutes de tension mesurées et simulées au poste de répartition de VEDOKO………60 Tableau 2.10 : comparaison des puissances actives et réactives mesurées et simulées au poste source de GBEGAMEY………..………60

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Réalisé par Paulin KANKINOU xi

Tableau 2.11 : comparaison des chutes de tension mesurées et simulées au poste source de GBEGAMEY……….………61 Tableau 2.12 : comparaison des puissances actives, réactives mesurées et simulées au poste source d’AKPAKPA……….…………62 Tableau 2.13 : comparaison des chutes de tension mesurées et simulées au poste source d’AKPAKPA……….…63 Tableau 3.1 : Puissances actives et réactives optimales avec les chutes de tension et les pertes relatives sur tous les départs d’étude du poste de répartition de VEDOKO……….67 Tableau 3.2 : puissances actives et réactives optimales avec les chutes de tension et les pertes actives relatives sur tous les départs du poste source de GBEGAMEY………..67 Tableau 3.3 : puissances actives et réactives optimales avec les chutes de tension et les pertes actives sur tous les départs du poste source d’AKPAKPA……….……….…68 Tableau 3.4: Valeurs des puissances actives et réactives à compenser sur tous les départs critiques du poste de répartition de VEDOKO……….………69 Tableau 3.5 : Valeurs des puissances actives et réactives à compenser sur tous les départs du poste source de GBEGAMEY………...69 Tableau3.6 : Valeurs des puissances actives et réactives à compenser sur tous les départs du poste source d’AKPAKPA………..………69 Tableau 3.7 : Puissance active à compenser (P) et celle à produire (Pc) sur tous les départs critiques du poste de répartition de VEDOKO……….73 Tableau 3.8 : Puissance active à compenser (P) et celle à produire (Pc) sur le départ critique du poste source de GBEGAMEY……….…73 Tableau 3.9 : Puissance active à compenser (P) et celle à produire (Pc) sur les départs critiques du poste source d’AKPAKPA……….…………73 Tableau3.10 : Puissances réactives à compenser (Q) et celles des batteries de compensation (𝑄𝑐)sur les départs critiques du poste de répartition de VEDOKO……….…77

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Réalisé par Paulin KANKINOU xii

Tableau 3.11 : Puissances réactives à compenser (Q) et celles des batteries de compensation (𝑄𝑐)sur le départ C181 du poste source de GBEGAMEY………77 Tableau 3.12 : Puissance à compenser (Q) et celle des batteries de compensation (𝑄𝑐) sur tous les départs critiques du poste source d’AKPAKPA……….…………..78 Tableau3.13 : Type de compensation sur les départs d’étude du poste

de répartition de VEDOKO………..….79 Tableau 3.14 : Type de compensation sur tous les départs du poste source de GBEGAMEY……….………..79 Tableau 3.15 : Type de compensation sur tous les départs HTA du poste source d’AKPAKPA………..……….…79 Tableau 3.16 : Départs ramenés à une compensation automatique du poste de répartition de VEDOKO……….……….81 Tableau 3.17 : Départs ramenés à une compensation automatique du poste source d’AKPAKPA……….…81 Tableau4.1 : Puissances des batteries de compensation et des microcentrales solaires sur les départs critiques des trois systèmes d’alimentation……….…91 Tableau 4.2 : Point financier pour l’acquisition des batteries de compensation et des microcentrales solaires ………..91 Tableau 4.3: Planning d’exécution des travaux……….…..93

(14)

Réalisé par Paulin KANKINOU xiii

LISTE DES FIGURES

Figure 1.1 : Présentation des différents arrondissements de la ville de

Cotonou……….……4

Figure 1.2 : Schéma unifilaire du poste de répartition C442 de Cotonou- VEDOKO………..……….8

Figure 1.3: Schéma unifilaire du poste source de GBEGAMEY………...12

Figure1.4 : Schéma unifilaire du poste source d’AKPAKPA……….14

Figure 1.5 : Histogramme d’évolution de la puissance active et de la chute de tension des départs critiques du poste de répartition de VEDOKO………..…27

Figure 1.6 : Histogramme d’évolution des pertes actives et de la chute de tension des départs critique du poste de répartition de VEDOKO…………...27

Figure 1.7 : Histogramme d’évolution de la puissance active mesurée et de la chute de tension relative des départs d’étude du poste source d’AKPAKPA………..…..32

Figure 1.8 : Histogramme d’évolution de la puissance réactive mesurée et de la chute de tension relative des départs critiques du poste source d’AKPAKPA……….32

Figure 1.9 : Histogramme d’évolution des pertes actives et de la chute de tension des départs d’étude du poste source d’AKPAKPA………..…...33

Figure 2.1 : Modèle de nœud et connecteur……….…….…...38

Figure 2.2 : Modèles des composants utilisés du réseau électrique de la bibliothèque PSAT-SIMULINK………..….………..39

Figure 2.3 : Modèle du réseau électrique de Cotonou………..……….41

Figure 2.4 : Modèle des départs du poste de répartition VEDOKO………..42

Figure 2.5 : Modèle des départs du poste source de GBEGAMEY………..43

Figure 2.6 : Modèle des départs du poste source d’AKPAKPA………...….44

Figure 2.7 : Pertes joules enregistrées sur tous les départs d’étude du poste de répartition de VEDOKO ………..…53

Figure 2.8 : Pertes joules enregistrées sur tous les départs du poste source de GBEGAMEY……….……54

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Réalisé par Paulin KANKINOU xiv

Figure 2.9 : Pertes joules enregistrées sur tous les départs du poste source

d’AKPAKPA……….…………...54

Figure 2.10 : Niveau de tension sur les postes du départ 20B……….….55

Figure 2.11 : Niveau de tension sur les postes du départ 10A aérien……...56

Figure 2.12 : Niveau de tension sur les postes du départ C236………...56

Figure 2.13 : Niveau de tension sur les postes du départ Agla………....56

Figure 2.14 : Niveau de tension sur les postes du départ Fidjrossè…………57

Figure 2.15 : Niveau de tension sur les postes du départ10A souterrain…....57

Figure 2.16 : Niveau de tension sur les postes du départ C181…………...…57

Figure 2.17 : Niveau de tension sur les postes du départ Cotonou4………...58

Figure 2.18 : Niveau de tension sur les postes du départ SONACI………...58

Figure 3.1: Représentation d’un gradin d’une batterie de condensateur...75

Figure 3.2 : Modèle des départs HTA du poste de répartition de VEDOKO après compensation……….……….84

Figure 3.3: Modèle des départs HTA du poste source de GBEGAMEY après compensation……….…85

Figure 3.4 : Modèle des départs HTA du poste source d’AKPAKPA après compensation………...…..86

Figure 3.5 : Pertes actives observées après optimisation et compensation du réseau sur les départs d’étude du poste de répartition de VEDOKO…………87

Figure 3.6 : Pertes actives observées après optimisation et compensation du réseau sur les départs HTA du poste source de GBEGAMEY……….86

Figure 3.7 : Pertes actives observées après optimisation et compensation du réseau sur les départs HTA du poste source d’AKPAKPA………88

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Réalisé par Paulin KANKINOU xv

LISTE DES ANNEXES

Annexe1 : Présentation du cadre d’accueil………101 Annexe2 : Simplification des départs de chaque poste alimentant la ville de Cotonou………107 Annexe3 : Puissance apparente installée sur chaque tronçon des départs HTA de Cotonou………..…………115 Annexe 4 : valeurs mesurées au niveau des transformateurs et départs des trois postes d’alimentation de la ville de Cotonou sur une période de janvier 2012 à décembre 2013………..121 Annexe5 : valeurs des résistances, des réactances inductives et des susceptances de chaque tronçon des départs………123 Annexe6 : Paramètres des transformateurs de distribution HTA/BT……….126 Annexe7 : Valeurs du taux d’accroissement calculées sur chaque départ HTA de la ville de Cotonou………..127 Annexe 8 : Batterie automatique CP254……….129 Annexe 9 : Valeurs en p.u. des résistances, des réactances et des susceptances des tronçons de chaque départ alimentant la ville de COTONOU………130

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Réalisé par Paulin KANKINOU xvi

Résumé :

Le caractère économique et administratif de la ville de Cotonou fait que son réseau électrique, très dense est très sollicité. Cela amène les gestionnaires à faire transiter une puissance importante sur leur réseau afin de pouvoir satisfaire la demande en énergie électrique des abonnés.

Cette augmentation du transit de puissance dans les lignes électriques du réseau induit des pertes actives et des chutes de tension hors de la norme NF50160.

La résolution de ce problème passera nécessairement par la réduction des pertes actives et des chutes de tension relative conformément à la norme NF50160. Avant d’arriver à cette fin, il a été modélisé et simulé le réseau HTA de la ville de Cotonou par le logiciel MATLAB-PSAT. Ensuite nous avons fait une comparaison entre les puissances mesurées et simulées afin de dégager l’écart entre ces puissances. Alors l’écart des puissances actives pourra être compensé par la mise en place des panneaux solaires photovoltaïques alors que celui de la puissance réactive par les bancs de condensateurs.

Enfin le cout du projet est évalué à 23.586.571.120 𝐹 𝐶𝐹𝐴 avec un recouvrement d’environ 5 ans.

Mots-clés : pertes techniques, chute de tension, transit de puissance, modélisation, simulation, bancs de condensateurs.

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Réalisé par Paulin KANKINOU xvii

Abstracts

The economic and administrative metropolis character of the Cotonou city that its power grid is more dense sought. This leads managers to channel significant power on their network to meet the demand for electricity subscribers. This increase in the power flow in power lines network induces active and voltage drops out of the loss NF50160 standard.

Solving this problem will necessarily involve the reduction of active losses and voltage drops on compliance with the NF50160 standard. Before reaching this end, it has been modeled and simulated the HTA network of the Cotonou city by MATLAB - PSAT software. Then we made a comparison between the measured and simulated power to clear the gap between these powers. While away from the active powers will be offset by the introduction of photovoltaic solar panels while the reactive power by the capacitor banks.

Finally, the project cost is estimated at 23,586,571,120 CFA with an overlap of about 5 years.

Keywords: technical losses, voltage drop, power flow, modeling, simulation, capacitor banks

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Réalisé par Paulin KANKINOU 1

INTRODUCTION GENERALE

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L’énergie électrique est le facteur de développement de toute nation. Le développement de la nation béninoise doit prendre par la disponibilité de l’énergie électrique pour satisfaire les besoins énergétiques de sa population surtout celle de Cotonou à cause du caractère économique et administratif de cette ville. Il s’agit essentiellement de la disponibilité de l’énergie électrique pour faire fonctionner les usines, alimenter les administrations, les ménages et les centres commerciaux. Ainsi l’offre de l’énergie électrique de la société distributrice (SBEE) est insuffisant et de temps en temps, on assiste également à des pertes des équipements électriques tels que les transformateurs, les fusibles, les isolants entrainant de nombreux dégâts à savoir les court-circuits, les incendies, les pertes en vie humaine.

Ces problèmes existent depuis longtemps amenant des Ingénieurs ADJANON Mathieu, EKPE Jonas et WOUINSOU Charaf Deen à penser à la résolution du problème dans la ville de Cotonou en faisant Optimisation des pertes techniques dans les lignes HTA du réseau de Cotonou respectivement sur chacun des trois systèmes d’alimentation en énergie électrique de cette ville. Pour moi, optimiser uniquement les pertes techniques dans les lignes HTA ne résoudrais le problème. Il serait aussi nécessaire de faire connaitre aux gestionnaires les puissances qu’il faut faire transiter sur ces lignes HTA afin de donner une longue vie à leurs équipements électriques et aussi de permettre une continuité de service.

C’est pourquoi nous nous proposons de travailler sur le thème intitulé :<<optimisation de l’offre de l’énergie électrique dans le réseau HTA de la ville de Cotonou>>.

Pour parvenir à ces fins, le travail sera structuré en quatre chapitres qui sont :

(21)

- le premier chapitre sera consacré à la situation administrative et description de l’état du réseau HTA de la ville de Cotonou ;

- il sera question dans le deuxième chapitre de modéliser et de simuler le réseau HTA de la ville de Cotonou afin d’analyser plus en détail les problèmes liés à son exploitation avec le logiciel MATLAB-PSAT et d’y apporter plus tard de solutions.

- Le troisième chapitre sera consacré à l’optimisation de l’offre de l’énergie électrique du réseau HTA de la ville de Cotonou.

- Il sera question dans le quatrième chapitre de faire une étude économique de la réalisation du projet.

(22)

Chapitre 1 :

Présentation administrative et l’état du réseau HTA de la ville de Cotonou

(23)

Introduction partielle

Un réseau électrique est un ensemble d’infrastructures permettant d’acheminer l’énergie électrique de la zone de production vers la zone de consommation. Il est constitué des sources de tension, des lignes électriques exploitées à différents niveaux de tension, connectées entre elles dans les postes de transformation permettant de répartir l’énergie électrique et de la faire passer d’une tension à l’autre grâce aux transformateurs.

Il sera question dans ce chapitre de présenter la situation administrative et l’état du réseau HTA de la ville de Cotonou et les difficultés qui lui sont associées.

1.1. Situation administrative et la description du réseau HTA de la ville de Cotonou

La ville de Cotonou est subdivisée en 13 arrondissements composés de 144 quartiers qui s’étendent sur une superficie de 79 Km² dont 665 100 habitants en 2002. Cette ville abrite le potentiel économique du pays (maisons de commerce, industrie). Elle est limitée au nord par le lac NOKOUE, au sud par l’Océan Atlantique, à l’est par le département de l’Ouémé et à l’ouest par le département de

(24)

l’ATLANTIQUE. La Figure 1.1 en donne une illustration.

Figure 1.1 : Présentation des différents arrondissements de la ville de Cotonou

Lagune de Cotonou

(25)

Le Tableau 1.1 montre le découpage de la ville en arrondissement.

Tableau1.1: Découpage de la ville de Cotonou en arrondissements

Arrondissements Zones

1 Avotrou

Dandji

2 Sènadé

Yénawa

3 Sègbèya

Ayélawadjè

4 Sodjatinmè

Misséssin

5 Gbédokpo

Gbéto Xwlacodji

6 Dantokpa

Aïdjèdo Ahouansori

7 Saint-Michel

Dagbédji

8 Sainte Rita

9 Fifadji

10 Kouhounou

11 Gbégamey

Vodjè

12 Cadjèhoun

Djomèhountin

13 Houénoussou

En effet, la lagune divise la ville de Cotonou en deux grandes parties dont Cotonou-Ouest (9 arrondissements) et Cotonou-Est (4 arrondissements). La SBEE alimente la partie Cotonou-Ouest par deux

(26)

postes : le poste de répartition de VEDOKO et le poste source de GBEGAMEY. La partie Cotonou-Est est alimentée par la SBEE à travers le poste source d’AKPAKPA.

1.1.1. Le poste de répartition de VEDOKO et la répartition de ses départs

Le poste de répartition C442 de VEDOKO est logé dans la sous- station HTB situé dans le 10^ème arrondissement de la ville de Cotonou au quartier VEDOKO.

Ce poste C442 est alimenté par le poste source de la CEB de VEDOKO par l’intermédiaire de trois transformateurs dénommés T2:161/15kV/19MVA, T3:161/63/15 kV /15 MVA et T6:161/15 kV/40 MVA. Figure1.2

Au poste de répartition C442, partent dix (10) départs répartis sur trois (03) rames.

La rame1 est alimentée par la sortie 15KV du transformateur T3 de puissance 15 MVA. De la rame1 partent deux (02) départs que sont :

- le départ 20 A souterrain ; - le départ 20 B Aéro-souterrain.

La rame2 est alimentée par le transformateur T2 de puissance 19 MVA et de tensions 161/15 kV. De la rame2 partent deux (02) départs que sont :

- le départ 10 A aérien ;

- le départ C 236 Aéro-souterrain.

La rame1 est couplée à la rame2 par l’intermédiaire du disjoncteur de couplage en cas de panne sur l’une des deux rames.

La rame3 est alimentée par le transformateur T6 de puissance 40 MVA et de tensions 161/15 kV. De la rame3 partent six (06) départs que sont :

- le départ 20 A aérien ;

- le départ Fidjrossè Aéro-souterrain ;

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- le départ Agla Aéro-souterrain ; - le départ 10 A souterrain ;

- le départ 10 B aérien ; - le départ 10 B souterrain.

Il est à noter que le transformateur T3 n’est pas chargé actuellement et le transformateur T2 permet d’alimenter les deux rames (rame1 et rame2) des départs 15 kV par le biais des disjoncteurs de couplage:

La figure1.2 présente la répartition des départs sur les différents transformateurs

(28)

CEB

SBEE

Y

jdB 15 KV

400/5A 400/5A 100/5A

650/5A 1200/5A

400/5A 400/5A 1200/5A

1200/5A

650/5A 650/5A 650/5A

650/5A 650/5A 650/5A 650/5A 650/5A 2500/5A

Fidjrossè Agla 20A Aérien

Condensateur

jB 15 KV 2500A

Réserve Couplage

10 A Souterrain C 236

20 B

10 B Aérien

10 B Souterrain

Rame 1

Rame 2

jdB 15 KV

Rame 3

10 A Aérien 20 A

Souterrain

TSA

T3 161/63/15 Kv 55/40/15 MVA

T2 161/15 Kv

19 MVA

T6 161/15 Kv

40 MVA

K1 K²

Figure 1.2 : Schéma unifilaire du poste de répartition C442 de Cotonou- VEDOKO

(29)

Réalisé par Paulin KANKINOU 11 Les zones desservies par chacun des départs de VEDOKO sont résumées dans le tableau 1.2.

Tableau 1.2 : Zones desservies par chaque départ de C 442

Caractéristiques des transformateurs

Postes ou Départs Zones desservies

T3:161/15 kV /15 MVA

20 A Aérien Godomey centre,

Cocotomey, Atrokpocodji.

20 B Aéro-souterrain

Saint Michel, Missèbo, TokpaHoho, Vog, Jonquet, Guinkomey, ScoaGbéto, Air

10 A Aérien

Vêdoko, Agontikon, Wloguèdè, Sikècodji, Bar Tito, Gbèdjromèdé, Hindé, Ayidjèdo.

C 236 Aéro-souterrain

Fifadji, Ste Rita, Kouhounou, Mênontin et environs.

10 A Souterrain Zézoummè, Agontikon, Gbèdjromè

10 B Souterrain Palais de la Présidence et environs

10 B Aérien Présidence, SONEB,

Croix du sud et environs.

20 A Souterrain Godomey centre, Cocotomey, Atrokpocodji.

AglaAéro-souterrain Agla, Hlazounto

FidjrossèAéro-souterrain

Cité Houéyiho, Gbèdégbé, Ayibatin, Adjaha, Houenoussou.

T2:161/15 kV/19 MVA

T6:161/15 kV/40 MVA

(30)

Le poste de répartition C442 de VEDOKO alimente en énergie électrique une bonne partie de la ville de Cotonou-ouest et une partie de la ville d’Abomey-Calavi. Il doit avoir un réseau électrique stable pour pouvoir desservir la clientèle à cause du caractère économique et industriel de la ville de Cotonou.

1.1.2. Le poste source de GBEGAMEY et l’organisation de ses départs

Une partie de Cotonou-Ouest est alimentée par le poste source de GBEGAMEY disposant de quatre travées lignes et de deux travées transformateurs. Parmi les travées lignes, on distingue deux arrivées HTB de Cotonou-VEDOKO en câble souterrain 63 kV de section 400 mm² en aluminium, et deux départs HTB pour la centrale d’AKPAKPA en câble souterrain 63kV de sections 400mm² et 240 mm² en Aluminium.

Les deux arrivées de VEDOKO sont alimentées respectivement par T5 et la sortie 63 KV de T3 logés dans la sous-station de VEDOKO. Ces travées lignes arrivées de VEDOKO à leur tour permettent d’alimenter un jeu de barres de 63 kV à travers deux transformateursT1 : 63/15kV / 20 MVA et T2 : 63/15kV /40MVA. Figure1.3.

Il est à noter que le transformateur T1 n’est pas chargé actuellement et seul le transformateur T2 permet l’alimentation des deux rames (rame1 et rame2) des départs 15 kV par le biais des disjoncteurs de couplage:

 Rame 1 - Départ C179 - Départ C263

 Rame 2 - Départ C262 - Départ C181 - Départ 3 Bank.

(31)

La figure 1.3 montre la répartition des départs sur les transformateurs du poste source de GBEGAMEY.

Figure 1.3:Schéma unifilaire du poste source de GBEGAMEY

Ces départs alimentent les zones ou quartiers de ville qui sont consignés dans le tableau 1.3 que voici :

TP Dj

Dj

SB

SB SB SB SB

Dj

Dj Dj Dj Dj Dj

C181 C262 3 Bank C179 C263

SB

TC TP

T1

ST

Dj Dj

TC Arrivée VEDOKO1

Arrivée VEDOKO2

Départ AKPAKPA1

Départ AKPAKPA2

TCM TCM

TP TP

T2

TP

Dj Dj Dj

Dj

(32)

Tableau 1.3 : Zones desservies par chaque Départ du poste source de GBEGAMEY

T1 : 63/15kV / 20 MVA

C 179

Gbégamey, CEG Aupiais, Camp Guézo, ISBA, Pate

d’oie, 40 logements, ONEPI

C 263 CSP, Clinique des Grâces, Marché St Michel, Sikecodji, St Jean

T2 : 63/15kV /40MVA

C181 Maro militaire, Zongo, DG OPT, Chèques postaux

C262

Direction Générale SONEB, Direction Générale SONACOP, Centre Culturel Chinois, Port, CNCB, Hall des Arts,

Zone Résidentielle, MERPMEDER

3Bank

CSP, Clinique des Grâces, Marché St Michel, Sikecodji, St Jean

1.1.3. Le poste source d’AKPAKPA et l’organisation de ses départs Le poste source d’AKPAKPA alimente Cotonou-Est à travers deux transformateurs T1 : 63/15kV/20MVA et T2 : 63/15kV/31,5MVA grâce aux deux câbles souterrains de 63kV chacun en provenance des jeux de barre du poste source de GBEGAMEY. Au poste source d’Akpakpa partent dix (10) départs répartis comme le montre la figure 1.4.

Le transformateur T1 alimente par le biais des disjoncteurs de couplage la rame1 constituée des départs 15kV suivants :

(33)

 rame1 - Départ Cotonou1

- Départ Cotonou 4

- Départ St Michel

Quant au transformateur T2, il permet l’alimentation de deux rames (rame2 et rame3) constituées des départs 15kV ci-après :

 Rame2 - Départ Cotonou 3

- Départ Cotonou 5

- Départ Cotonou 6

- Départ SONACI

 Rame3

- Départ D1 (Zone de CIMBENIN)

- Départ D2 (Zone de la Croix Rouge)

- Départ SOBEBRA

Ces trois rames sont couplées entre elles par des disjoncteurs de couplage pour la continuité de service.

La figure1.4 présente la répartition des départs sur les différents transformateurs d’AKPAKPA.

(34)

Figure1.4 : Schéma unifilaire du poste source d’AKPAKPA

Les zones desservies par les départs du poste source d’AKPAKPA sont présentées dans le tableau 1.4.

(35)

Tableau 1.4: Zones desservies et puissance active installées sur chaque Départ du poste source d’AKPAKPA

T1 : 63kV/15kV/20MVA

Cotonou1 Clinique AKPAKPA, GMB, Quartier Jak, CAPP FM,

PLM, AKPAKPA Dodomey.

Cotonou 4 Cité vie nouvelle, zones des Ambassades, SONICOG, SOBETEX St Michel Nouveau Pont, Midombo,

Dédokpo et ses environs

T2 : 63kV/15kV/ 31,5MVA

Cotonou 3 AKPAKPA centre, Hotel GL, Sègbèya, Place

Lenine et environs Cotonou 5 Hotel du Lac, Misséssin,

PadrePio, Gbèdjèwin Cotonou 6 PK3 et environs

SONACI Tanto, Abattoir, Tundé, Dandji

D1 AglangandanSèkandji, Donatin, Sèyivè, PK16,

Route de Porto-Novo, Champ, de Tir

D2 Yénawa, Sènadé,

Avotrou, Ayélawadjè, Hlacomè, Akpokpota SOBEBRA Usine SOBEBRA

(36)

1.2. Problèmes liés au réseau HTA de la ville de Cotonou

En sillonnant les différents postes, nous avons enregistré un bon nombre de problèmes qui sont :



Problèmes liés aux abonnés et Aux gestionnaires en 2012 Les clients desservis par le réseau HTA de la ville de Cotonou enregistrent plusieurs discontinuités dans la fourniture de l’énergie électrique. Ces discontinuités sont liées aux différentes interruptions enregistrées sur le réseau. Ainsi le nombre, les types et les durées des interruptions de 2012 enregistrés sur les départs sont résumés dans les tableaux 1.5, à 1.7. [2]

Poste source de VEDOKO

Tableau 1.5 : Interruptions enregistrées sur les départs du poste de répartition de VEDOKO

Déclenchements Coupures pour travaux

Délestages

Départs

Nombre Durées (min)

10A aérien 27 1370 42 3498 11 1341

C236 6 527 14 1864 20 2700

20B 4 49 10 941 12 1093

10B sout 19 661 6 665 1 63

Fidjrossè 25 1697 21 2740 19 2171

Agla 4 6 4 495 14 1938

10A sout 2 40 1 34 10 1148

10B aérien 18 767 14 2634 2 216

Totaux 105 5117 112 12871 89 1148

(37)

Poste Source de GBEGAMEY

Tableau 1.6 : Interruptions enregistrées sur les départs du poste source de GBEGAMEY

Délestages

Départs

C262 121 1754 1 269 11 1328

C181 116 1754 1 269 14 1875

C179 107 1657 5 237 4 283

C263 110 1916 3 260 2 161

Totaux 454 7081 10 1035 31 3647

Poste source d’AKPAKPA

Tableau 1.7 : Interruptions enregistrées sur les départs du poste source d’AKPAKPA

Délestages

Départs

Cot1 17 984 14 1401 23 2236

Cot3 1 5 1 115 0 0

Cot4 44 4398 44 4702 18 1591

Cot5 23 413 5 450 16 2170

Cot6 20 990 15 3358 7 800

St Michel 5 473 27 3103 17 1837

SONACI 3 108 7 768 6 522

D1 2 114 4 128 22 1714

D2 1 22 4 238 28 2338

Totaux 116 7507 121 14263 137 13208

(38)

Les tableaux 1.5 à 1.7 montrent les durées d’interruptions enregistrées sur les départs des trois postes d’alimentation en énergie électrique de la ville de Cotonou. En effet, les déclenchements et les coupures pour travaux sont dus à des pannes observées sur le réseau électrique de Cotonou tandis que les délestages sont des pertes de la tension 63 kV dus à un black-out. Dans le même temps la durée de déclenchement évolue en fonction de celle de coupure pour des travaux. Plus il y a déclenchements plus il faut faire des travaux pour remettre l’énergie électrique aux abonnés. Ces durées d’interruptions sont fortement accentuées sur les départs tels que 10A aérien, Fidjrossè, C262, C263, C181, C179 Cotonou4 et Cotonou6. Il est important de souligner que parmi les départs suscités, Cotonou4 bat le record d’indisponibilité de fourniture d’énergie électrique aux abonnés. Ce qui s’explique par le fait que Cotonou4 est un départ aérien situé à coté de la mer donc soumis à l’embrun marin. Ce phénomène entraine entre autre la détérioration des câbles par corrosion, la création des points faibles et la pollution des isolateurs. Quant aux départs tels que 10A aérien, Fidjrossè aéro- souterrain, C262, C263, C181, C179 et Cotonou6 présentent beaucoup de dérivations ayant des sections multiples et inadéquates (54,6 mm² par exemple). Pour le reste des départs, la durée d’interruption enregistrée est due aux travaux de maintenance opérés par les agents de la SBEE.

En additionnant les durées des déclenchements et des coupures pour travaux de chaque départ, nous avons les tableaux 1.8 à 1.10

(39)

Tableau 1.8 : Durées annuelles de la somme des déclenchements et des coupures pour travaux du poste de répartition de VEDOKO

Départs Durées des déclenchements et coupures (mn)

10A aérien 4868

C236 2391

20B 990

10B sout 1326

Fidjrossè 4437

Agla 51

10A sout 74

10B aérien 3401

Totaux 17538

Tableau 1.9 : Durées annuelles de la somme des déclenchements et des coupures pour travaux du poste source de GBEGAMEY

C262 2023

C181 2023

C179 1894

C263 2176

Totaux 8116

(40)

Tableau 1.10 : Durées annuelles de la somme des déclenchements et des coupures pour travaux du poste source d’AKPAKPA

Cot1 2385

Cot3 120

Cot4 9100

Cot5 863

Cot6 4348

St Michel 3576

SONACI 876

D1 242

D2 260

Totaux 21770

De l’analyse des tableaux 1.11 à 1.13, on remarque que le réseau HTA de la ville de Cotonou n’est pas fiable alors que Cotonou est une ville à caractère commercial et administratif du Benin.

En effet, on note sur l’ensemble dudit réseau une durée totale d’interruption d’énergie électrique allant jusqu’à 47424 mn en 2012 soit 1 mois 2 jours 22 heures 24 mn. Le réseau HTA de Cotonou est vraiment perturbé. Il va falloir faire une étude approfondie pour remédier aux problèmes qui sont à l’origine de ces disfonctionnements.

 Evaluation du coût des pertes dues aux déclenchements et coupures [3]

 Coût au niveau des clients

Les pertes enregistrées chez les clients sont estimées à 1000F/kwh c’est-à-dire lorsqu’un client utilisant une charge de 1kilowatt est coupé pendant 1h, il perd en terme de chiffre d’affaire environ 1000F.

(41)

La charge maximale et le temps d’interruption sur le départ 10A aérien étant respectivement de 291A (6048KW) et 4868mn en 2012, les pertes enregistrées en 2012 s’évaluent à :

𝐩_{𝐜𝟐𝟎𝟏𝟐} = 𝟏𝟎𝟎𝟎 × 𝟔𝟎𝟒𝟖 × 𝟒𝟖𝟔𝟖

𝟔𝟎 = 𝟒𝟗𝟎 𝟔𝟗𝟒 𝟒𝟎𝟎 Soit p_c2012 = 490 694 400 FCFA

Notons que ces pertes ont été évaluées sur toute l’année 2012.Les pertes dues aux interruptions de janvier à décembre 2012 (12 mois) s’élèvent à : 490 694 400 FCFA au niveau des clients desservis par le départ 10A aérien.

 Cout au niveau de la SBEE

Les pertes enregistrées au niveau de la SBEE sont estimées à environ 110F/kwh. Nous avons donc :

 En 2012 sur le départ 10A aérien

𝐩_{𝐬𝟐𝟎𝟏𝟐} = 𝟏𝟏𝟎 × 𝟔𝟎𝟒𝟖 × 𝟒𝟖𝟔𝟖

𝟔𝟎 = 𝟓𝟑 𝟗𝟕𝟔 𝟑𝟖𝟒 Soit p_s2012 = 53 976 384 FCFA

Les pertes dues aux déclenchements de janvier à décembre 2012 (12 mois) s’élèvent à : 53 976 384 FCFA au niveau de la SBEE.

C’est ainsi que toutes les pertes ont été calculées dans les tableaux 1.11 à 1.7ci-dessous :

(42)

Tableau1.11 : Evaluation des pertes au niveau des clients et au niveau de la SBEE sur chaque départ de VEDOKO

Départs Charges maximales (KW)

en 2012

Pertes au niveau des clients

(F CFA)

Pertes au niveau de la SBEE

(F CFA)

10A aérien 7420 60200935 66221030

C236 6235 24846475 27331125

20B 8085 13340250 14674275

10B sout 7669 16948490 18643340

Fidjrossè 4884 36117180 39728900

Agla 4343 369155 406075

10A sout 2535 312650 343915

10B aérien 6048 34282080 37 710 290

Fidjrossè 4884 142759320 157035255

Totaux - 329176535 362094205

Tableau1.12 : Evaluation des pertes au niveau des clients et au niveau de la SBEE sur chaque départ de GBEGAMEY

en 2012

(F CFA)

Pertes au niveau de la SBEE (F CFA)

C262 11300 380998335 41909820

C181 7600 256246670 28187135

C179 5819 183686435 20205510

C263 1351 48996270 5389590

Totaux - 869927710 95692055

(43)

Tableau 1.13 : Evaluation des pertes au niveau des clients et au niveau de la SBEE sur chaque départ d’AKPAKPA

en 2012

(F CFA)

Pertes au niveau de la SBEE (F CFA)

Cot1 4261 169374750 18631225

Cot3 2453 4906000 539660

Cot4 4095 621075000 68318250

Cot5 5487 78921350 8681350

Cot6 2744 198848535 21873340

St Michel 4157 247757200 27253295

SONACI 1767 25798200 2837805

D1 8314 33533135 3688645

D2 9709 42072335 4627960

Totaux - 1422286505 156451530

Ces tableaux montrent qu’ on enregistre au niveau des clients une pertes totale de 1 341 332 895 F CFA et au niveau de la SBEE 614 237 790 F CFA.

En 2012, la SBEE aurait gagnée une somme de 614 237 790 F CFA et fait gagner à ces clients en chiffre d’affaire une somme de 1 341 332 895 F CFA. Ceci sans interruption de fourniture d’énergie pour les 1 mois 2 jours 22 heures 24 mn enregistrés.



Problèmes liés à l’état actuel du réseau HTA de Cotonou Les mesures prises sur les appareils de mesures des trois systèmes d’alimentation de la ville de Cotonou nous permettent de connaitre les départs sur lesquels la chute de tension dépasse la norme NF50 160.

Cette norme fixe la valeur de la chute de tension à 5% au maximum de la tension nominale. Les départs, sur lesquels la chute de tension dépasse 5%, présentent des pertes considérables. Ainsi, il est présenté