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07/10/2015
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Ecole Supérieure de Technologie de Salé
Systèmes Photovoltaïques raccordés au réseau électrique
destinée aux Doctorants Marocains des filières photovoltaïques
Université Mohammed V -Rabat Ecole Supérieure de Technologie de Salé
Professeur: Med TAJAYOUTI mtajayouti@gmail.com
05-08 Octobre 2015
Réseau électrique, power quality et étude de l’impact de l’injection de l’énergie électrique PV
Les modules
Module 1 : Le réseau électrique
Module 2 : Aperçu sur la qualité d’un réseau électrique et les normes appliquées aux PV connectés au réseau
Module 3 : Aperçu sur le réseau national marocain
Module 4 : Contraintes d’intégration des productions PV
Décentralisée au réseau électrique
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Module 1 : Le réseau électrique
Le PLAN
La topologie du réseau électrique
Modélisation du réseau électrique
Ecoulement de l’énergie
Gestion des réseaux électriques
Protection des réseaux électriques
L’injection des ER dans les réseaux électriques
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La topologie du réseau électrique
Modélisation du réseau électrique
Ecoulement de l’énergie
Gestion des réseaux électriques
Protection des réseaux électriques
L’injection des ER dans les réseaux électriques
La Topologie du réseau électrique
Les consommateurs :
L’industrie
Le transport
Le bâtiment
L’agriculture
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La Topologie du réseau électrique
Les producteurs :
Les centrales thermiques
Les barrages
Le Centrales solaires thermiques
Les éoliennes
Les panneaux photovoltaïques
La Topologie du réseau électrique
Les producteurs
Centrales hydrauliques, STEP
moyennes et de grandes puissances, mise en marche rapide
Centrales thermiques
moyennes et grandes puissances, démarrage supérieur à 30 mn,
Centrales à gaz
Prix élevé par rapport aux centrales thermiques et hydrauliques,
démarrage rapide
Energies Renouvelables
Prix élevé à l’installation, elles sont Intermittentes
Interconnexion avec d’autres réseaux
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La Topologie du réseau électrique
Les Liaisons électriques :
Le réseau de transport
Le réseau de répartition
Le réseau de distribution
Le réseau basse tension
Les transformateurs
La Topologie du réseau électrique
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La Topologie du réseau électrique
Le réseau de transport
La Topologie du réseau électrique
Le réseau de répartition
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La Topologie du réseau électrique
Le réseau de distribution
La Topologie du réseau électrique
Le réseau basse tension
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La Topologie du réseau électrique
Le réseau est alternatif triphasé sinusoïdal Les réseaux électriques actuels utilisent un courant alternatif triphasé sinusoïdal pour les raisons suivantes : Nécessité de transporter l'électricité à une tension élevée
Courant alternatif ou continu ? (Westinghouse vs Edison)
Pourquoi une tension sinusoïdale ?
Un système monophasé ou triphasé ?
Fréquence des réseaux électriques
La Topologie du réseau électrique
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Le courant continue est néanmoins présent dans les interconnexions de grandes longueurs. C’est le réseau dit HVDC (High Voltage Direct Current).
La Topologie du réseau électrique
Les pertes et les niveaux de tension Les pertes électriques ‘Pertes’ sont dues aux résistances ‘R’ des conducteurs. Si on note : ‘S’ la puissance apparente de la charge. ‘P’ la puissance active de la charge. ‘Q’ la puissance réactive de la charge. On a alors Pertes = 3 x R x I² et puisque S=3 x U x I ; il vient alors que : Pertes = [R x S²] /U² = [R x (P² + Q²)]/U²
Si U alors Pertes
La Topologie du réseau électrique
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Les niveaux de tension
La Topologie du réseau électrique
Avant 1989
Aprés 1989 : UTE C 18 -510
La Topologie du réseau électrique
Le schéma du réseau
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La Topologie du réseau électrique
Le transport
La Topologie du réseau électrique
La répartition
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La Topologie du réseau électrique
La distribution
La topologie du réseau électrique
Modélisation du réseau électrique
Ecoulement de l’énergie
Gestion des réseaux électriques
Protection des réseaux électriques
L’injection des ER dans les réseaux électriques
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Le but est d’adopter des modèles pratiques pour analyser et
dimensionner le réseau électrique.
Il faudrait alors concevoir des modèles pour les différentes
composantes du réseau:
l’alternateur
la ligne électrique
le transformateur
les charges
La modélisation du réseau électrique
L’alternateur
La tension e(t) délivrée par l’alternateur dépend de la vitesse de
rotation et de l’excitation. Elle est en série avec une résistance R et
une réactance X. C’est le schéma en régime établi.
La modélisation du réseau électrique
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Le liaisons
Une ligne électrique est constituée par un faisceau de conducteurs
cylindriques aériens ou souterrains parallèles entre eux et au sol.
Chaque conducteur est caractérisé par:
Sa résistance linéique ‘R’ en /m.
Son inductance linéique ‘L’ en H/m. (X = L x )
Sa capacité linéique ‘C’ en F/m.
Les lignes électriques et les câbles sont des systèmes à constantes
réparties, c'est à dire que ces grandeurs physiques sont réparties sur
toute la longueur de la ligne.
La modélisation du réseau électrique
Le liaisons
Le schéma équivalent en :
La modélisation du réseau électrique
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Le liaisons
Les expressions de R[Ohm], L [H] et C [F]
(X=L x )
R=/S
S : la section du câble en mm : La résistivité du conducteur
La modélisation du réseau électrique
Le liaisons
Les valeurs de R, L et C
La modélisation du réseau électrique
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Le liaisons : Les lignes aériennes vs les câbles souterrains
La modélisation du réseau électrique
Les lignes Les câbles
Avantages : Défaillances décelables Problèmes rapidement résolus
Avantages : Espace requis réduit Acceptation par la population
Inconvénients : Pannes très fréquents Répercussion sur le paysage
Inconvénients : Travaux de réparation longs Travaux neufs ou de renouvèlement couteux
Le Transformateur Le transformateur permet d’élever l’amplitude de la tension alternative disponible à la sortie de l’unité de production pour l’amener aux niveaux requis pour le transport. A l’autre extrémité de la chaîne, les transformateurs sont utilisés pour abaisser la tension et la ramener aux valeurs utilisées dans les réseaux de répartition et de distribution U1/U2=n1/n2 N étant le nombre de spires
La modélisation du réseau électrique
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Le Transformateur Outre la transmission de l’énergie électrique avec modification des tensions, les transformateurs peuvent être utilisés pour contrôler les tensions de nœuds des réseaux . Ce contrôle de tension utilise la variation du nombre de spire des transformateurs. (réglage hors charge ou en charge de la tension)
La modélisation du réseau électrique
Le Transformateur – un schéma équivalent Un schéma équivalent du transformateur est comme suit :
La modélisation du réseau électrique
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Caractéristiques pratiques du transformateur
Essai à vide et essai en court circuit
Sn Puissance apparente nominale (VA)
Vpn, Vsn tensions primaire et secondaire (V)
Upn, Usn tensions primaire et secondaire (V)
Ipn, Isn courants primaire et secondaire (I)
Rendement, Température, Couplage, indice horaire
Rapport de transformation fixe, variable, plots de variation de V au
primaire
La modélisation du réseau électrique
Les charges Les charges peuvent être modélisées en fonction des puissances actives P et réactives Q appelées et son admittance Y. (Y=G – jB)
La modélisation du réseau électrique
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Mise en équation du réseau L’établissement du modèle a pour but de déterminer les équations algébriques représentant les interconnexions entre les lignes, les générateurs les transformateurs et les charges. Le réseau électrique peut être décrit sous la forme matricielle suivante:
[I] = [Y] x [V] Où : [I] : le vecteur des courants injectés aux nœuds du réseau. [V] : le vecteur des tensions aux nœuds du réseau. [Y] : la matrice d’admittance du réseau.
La modélisation du réseau électrique
Mise en équation du réseau la matrice admittance [Y] se compose de termes diagonaux [Yii] et des termes non-diagonaux [Yij]. les termes [Yii] , (self admittance), représentent la somme de toutes les admittances connectées aux nœuds i. les termes [Yij], (l’admittance mutuelle), représentent la somme de toutes les admittances joignant les nœuds i et j.
La modélisation du réseau électrique
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La topologie du réseau électrique
Modélisation du réseau électrique
Ecoulement de l’énergie
Gestion des réseaux électriques
Protection des réseaux électriques
L’injection des ER dans les réseaux électriques
Définition Dans un réseau électrique, on a d’une part des charges électriques et d’autre part des générateurs dispersés et reliés entre eux par un réseau de lignes et de câbles. Les capacités de production des différents générateurs étant connues, comment calculer l'état électrique complet du réseau, c'est à dire les courants, tensions et puissances ? Ce problème général est connu sous le nom de calcul de répartition de charges ou load flow.
L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’
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Définition
L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’
But
Le calcul des écoulements d’énergie permet en régime permanent
d’investiguer les points suivants :
la détermination des tensions en tout point du réseau
la détermination des puissances actives et réactives
l’effet de la modification de la topologie du réseau
l’étude du niveau N-1 (perte d’un générateur, d’une ligne ou
autre)
l’optimisation du fonctionnement du réseau
l’optimisation des pertes
L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’
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Bilan de puissance
La sommes des puissances des générateurs est égale à la somme des
puissances des charges augmentées des puissances du réseau.
Le bilan de puissance active :
∑PG= ∑ PL + pertes actives du réseau
L’ordre de grandeur des pertes est de 5 %.
Le bilan de puissance réactive :
∑QG= ∑ QL + générations ou consommations réactives du réseau.
L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’
Cas d’une situation élémentaire Considérons le problème élémentaire d'un générateur (VG,PG) alimentant une charge (PL, QL) à travers une ligne triphasée. Les équations des puissances apparentes complexes sont : SG= VG x IG*=PG + j QG
SL= VL x IL*=PL + j QL
L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’
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Cas d’une situation élémentaire Les équations régissant ce modèles sont : Où : G ; L ; sont respectivement les arguments de VG ; VL et l’impédance Z de la ligne.
L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’
Cas d’une situation élémentaire Position du problème : On voudrait alimenter la charge ‘L’ sous une tension donnée et les caractéristiques de le ligne ‘Z’ sont connues. Il vient donc que : Les deux dernières lignes du système consistent en un jeu de deux équations à inconnues (VG et G). Sa résolution permet de déterminer les valeurs de l’ensemble des tension en module et en phase. les deux premières lignes du système permettent ensuite le calcul PG et QG.
L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’
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Cas d’une situation réelle Formulation à l’aide de la matrice des admittance
On a d’une part [I] = [Y] x [V] soit Ii=∑Yik x Uk
et aussi : Si= Ui x Ii* ; il vient donc que :
Si= Ui x(∑Yik* x Uk*)=Pi + j x Qi
En exprimant les composantes réelles et imaginaires de l’équation on a
alors :
L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’
Cas d’une situation réelle La résolution est généralement plus complexe au fur et à mesure que le nombre de nœuds croît. La résolution manuelle d’un tel problème n’est pas envisageable. On peut se servir de l’outil informatique ou encore d’autres solutions, basées sur les méthodes itératives de Gauss-Seidel et Newton-Raphson.
L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’
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La topologie du réseau électrique
Modélisation du réseau électrique
Ecoulement de l’énergie
Gestion des réseaux électriques
Protection des réseaux électriques
L’injection des ER dans les réseaux électriques
Introduction Le but premier d'un réseau d'énergie est de pouvoir alimenter la demande des consommateurs. Comme on ne peut encore stocker économiquement et en grande quantité l'énergie électrique il faut pouvoir maintenir en permanence l'égalité :
Production = Consommation + pertes C’est le problème de la gestion et de conduite du réseau
Gestion des réseaux électriques
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Introduction
Une action prévisionnelle à court terme (heure, jour, semaine) est
obligatoire pour faire face à la demande en temps réel et aux
défaillances des composantes du réseau.
La fourniture de l’énergie électrique doit être assurée dans les
conditions optimales sur les plans :
Économique
Fiabilité et sécurité
Qualité
Gestion des réseaux électriques
Le diagramme de charge
La consommation varie au cours du même jour, d’un jour à l’autre,
d’une saison à l’autre et d’une année à l’autre.
Pour le cas du réseau national et depuis 2005, on a l’apparition de
deux pointes au lieu d’une seule et le passage d’une pointe d’hiver à
une pointe d’été.
La différence entre la pointe du matin et celle du soir devient plus
faible.
Gestion des réseaux électriques
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Le diagramme de charge
Gestion des réseaux électriques
Source : ONE : Rabat ,le 21 septembre 2012 ; RABAT ENERGY FORUM Programme National des Energies Renouvelables et perspectives d’intégration régionale
Les contraintes
Une demande en énergie variable
Les objectifs
Réglage de la tension
Réglage de la fréquence
La stabilité des générateurs
Gestion des réseaux électriques
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La stabilité en tension La stabilité de tension est la capacité d’un système de puissance de maintenir des valeurs de tensions acceptables à tous les nœuds du système après avoir subi une perturbation. L’instabilité résultante se produit très souvent sous forme de décroissance progressive de tensions à quelques nœuds. Généralement, l’instabilité de tension se produit lorsqu’une perturbation entraîne une augmentation de puissance réactive demandée au-delà de la puissance réactive possible.
Gestion des réseaux électriques
Expression de la chute de tension La chute de tension dans une ligne de résistance R et de réactance X dans laquelle transite P et Q est :
U/U= [R . P + X . Q] / U²
Les mesures à prendre
un contrôle automatique des condensateurs shunts.
un blocage des régleurs en charge automatique.
une nouvelle répartition de la génération.
une régulation de tension secondaire.
un plan de délestage.
Gestion des réseaux électriques
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La stabilité en fréquence La stabilité de la fréquence d’un système définit sa capacité sa fréquence proche de la valeur nominale (50 Hz) suite à une perturbation. Le maintien de la fréquence à 50 Hz est lié à l’équilibre global entre les puissances actives produites et consommées (y compris les pertes). La fréquence est une image de la vitesse de rotation des alternateurs. Cette fréquence est unique pour tout le réseau.
Gestion des réseaux électriques
La stabilité en fréquence – l’équilibre production
consommation
Gestion des réseaux électriques
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Les différents réglages
Réglage primaire
Réglage secondaire
Réglage tertiaire
Gestion des réseaux électriques
Réglage primaire (les premières secondes après perturbation) :
Sans disposition particulière, si le couple résistant augmente, la fréquence chute pour trouver un nouvel équilibre.
Ce n’est pas admissible, il faut donc une action automatique (menée par les régulateurs de vitesse de chaque centrale) sur les organes d’admission du fluide moteur des turbines pour maintenir la fréquence.
Le réglage primaire répartit les fluctuations de charge au prorata des capacités nominales du groupe en pondérant par un gain (notion de statisme « s » compris entre 2 et 6%) :
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Réglage secondaire(les 15 minutes après la perturbation) :
Ce réglage, également automatique, agit après le réglage primaire.
Il est centralisé (émis par un centre de conduite), agissant et faisant appel à plusieurs groupes spécifiques et internes à la zone perturbatrice.
Gestion des réseaux électriques
Réglage tertiaire
Il faut procéder à un réajustement des programmes de fonctionnement des centrales (en prenant en compte les coûts de production marginaux) pour rétablir un optimum économique.
Ce réglage est également centralisé au sein de la zone initialement en défaut.
Ce réglage a pour but de rétablir l’optimum économique et aide à reconstituer la réserve secondaire.
Gestion des réseaux électriques
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Le dispatching
La gestion et la conduite des réseaux est réalisé dans un ou plusieurs
dispatchings dont les fonctions sont :
La surveillance (Mesures, transmission de données, …)
L’analyse critique (analyse des données, Sécurité, Plan de tension,
…)
La prise de décision (manœuvre d’urgence, réajustement
production, …)
L’action
Gestion des réseaux électriques
La stabilité des alternateurs
Suite à une défaillance du réseau électrique, les alternateurs peuvent
subir un dysfonctionnement pouvant aller jusqu’à l’arrêt de la machine
et par suite l’indisponibilité de l’énergie électrique.
Gestion des réseaux électriques
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Etude du cas élémentaire : un alternateur raccordé à un jeu
de barre infini.
Si on note le déphasage de e(t) par rapport à u(t) alors la puissance P
délivrée par l’alternateur est :
Gestion des réseaux électriques
Etude du cas élémentaire : Evolution de la puissance.
Si on note le déphasage de e(t) par rapport à u(t) alors la puissance P
délivrée par l’alternateur est :
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Etude du cas élémentaire : stabilité statique La stabilité statique d’un alternateur est son aptitude à répondre à une variation lente de la charge. Le fonctionnement n’est stable que si l’angle Interne noté reste inférieur à un angle limite proche de 90°,
Gestion des réseaux électriques
Etude du cas élémentaire : stabilité dynamique Les problèmes de stabilité dynamique résultent du passage de la machine d’un état stable à un autre. On a un passage brusque d’une puissance P1 à P2. L’angle passe de 1 à 2 brusquement. L’inertie amène jusqu’au point D. De celui-ci, la décélération jusqu’au point C finit par stabiliser le phénomène, après éventuellement quelques oscillations.
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Etude du cas élémentaire : stabilité dynamique Si la différence entre P1 et P2 est très importante, l’alternateur accélère du point B au point C, puis jusqu’au point X : à ce point, il continue à accélérer en restant sur la courbe et la puissance transmise au réseau diminue. Il y a perte de synchronisme par survitesse. .
Gestion des réseaux électriques
La topologie du réseau électrique
Modélisation du réseau électrique
Ecoulement de l’énergie
Gestion des réseaux électriques
Protection des réseaux électriques
L’injection des ER dans les réseaux électriques
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Le rôle
Les dispositifs de protection surveillent en permanence l’état
électrique des éléments d’un réseau et provoquent leur mise hors
tension (par exemple l’ouverture d’un disjoncteur), lorsque ces
éléments sont le siège d’une perturbation indésirable: court-circuit,
défaut d’isolement, surtension,…etc.
Le choix d’un dispositif de protection est fait suite à l’analyse du
comportement des matériels électriques (moteurs, transformateurs,
câbles, …) sur défauts et des phénomènes qui en découlent.
La protection des réseaux électriques
La définition
La Commission Electrotechnique Internationale (C.E.I) définie la
protection comme l’ensemble des dispositions destinées à la détection
des défauts et des situations anormales des réseaux afin de
commander le déclenchement d’un ou de plusieurs disjoncteurs et, si
nécessaire d’élaborer d’autres ordres de signalisations.
La protection des réseaux électriques
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L’étude des protections
L’étude des protections d’un réseau se décompose en deux étapes
distinctes :
La définition du système de protection, appelée plan de protection,
La détermination des réglages de chaque unité de protection,
appelée coordination des protections ou sélectivité.
La protection des réseaux électriques
L’étude des protections
Le système de protection se compose d’une chaîne constituée des éléments suivants :
Les capteurs de mesure (courant et tension) fournissant les informations de mesure nécessaires à la détection des défauts,
Les relais de protection, chargés de la surveillance permanente de l’état électrique du réseau.
Les organes de coupure dans leur fonction d’élimination de défaut : disjoncteurs, interrupteurs fusibles.
La protection des réseaux électriques
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Les court-circuit
Les différents composants des réseaux sont conçus, construits et
entretenus de façon à réaliser le meilleur compromis entre coût et
risque de défaillance.
Les courts circuits guettent les différents composants du circuit.
Les court-circuit sont caractérisés par leur forme, leur durée et
l’intensité du courant.
Un court-circuit dans les réseaux électriques peut être :
Monophasé ; Biphasé ou Triphasés
La protection des réseaux électriques
La sélectivité des protections
La sélectivité est une capacité d’un ensemble de protections à faire la
distinction entre les conditions pour lesquelles une protection doit
fonctionner de celles où elle ne doit pas fonctionner.
Les types de sélectivité les plus important sont les suivants:
Sélectivité ampérmétrique par les courants,
Sélectivité chronométrique par le temps,
Sélectivité par échange d’informations, dite sélectivité logique.
La protection des réseaux électriques
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Les relais de protection
le rôle des relais de protection est de détecter tout phénomène
anormal pouvant se produire sur un réseau électrique tel que le court-
circuit, variation de tension. …etc.
Un relais de protection détecte l’existence de conditions anormales par
la surveillance continue, détermine quels disjoncteurs ouvrir et
alimente les circuits de déclenchement.
On utilise de plus en plus les relais statiques et numériques
La protection des réseaux électriques
Les différentes protections du réseau électriques
Protection à maximum de courant phase :
Protection différentielle
Protection contre la surtension
La protection thermique
La protection des réseaux électriques
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La topologie du réseau électrique
Modélisation du réseau électrique
Ecoulement de l’énergie
Gestion des réseaux électriques
Protection des réseaux électriques
L’injection des ER dans les réseaux électriques
La courbe de charge
On rappelle aussi que la demande en énergie électrique varie aussi d’un jour à l’autre et d’une saison à l’autre.
L’injection des ER dans les réseaux électriques
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La courbe de charge
On rappelle que la demande en énergie électrique varie selon la journée
L’injection des ER dans les réseaux électriques
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Module 2 : Aperçu sur la qualité d’un réseau
électrique et les normes appliquées aux PV
connectés au réseau
PLAN
Qualité d’un réseau électrique Spécifications techniques relatives à la protection des personnes et
des biens dans les installations photovoltaïques raccordées au réseau BT ou HTA
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Qualité d’un réseau électrique Spécifications techniques relatives à la protection des personnes et
des biens dans les installations photovoltaïques raccordées au réseau BT ou HTA
La qualité de l’énergie
La qualité de l’énergie électrique
La qualité de l’énergie électrique concerne deux aspects :
La continuité
&
la qualité de l’onde
M. TAJAYOUTI 86
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La qualité de l’énergie
La qualité de l’énergie électrique : les perturbations Creux de tension et coupures
M. TAJAYOUTI 87
La qualité de l’énergie
La qualité de l’énergie électrique : les perturbations
Déséquilibre
M. TAJAYOUTI 88
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La qualité de l’énergie
La qualité de l’énergie électrique : les perturbations Variation de la fréquence
M. TAJAYOUTI 89
La qualité de l’énergie
La qualité de l’énergie électrique : les perturbations Variation de tension
M. TAJAYOUTI 90
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La qualité de l’énergie
La qualité de l’énergie électrique : les perturbations Surtension
M. TAJAYOUTI 91
La qualité de l’énergie
Les harmoniques Les grandeurs électriques courants et tensions des réseaux industriels alternatifs, s’éloigne significativement de la sinusoïde pure.
La variation est en fait composée d’un certain nombre de sinusoïdes de fréquences différentes, comprenant entre autres, une sinusoïde à fréquence industrielle dite sinusoïde fondamentale ou plus simplement : le fondamental.
M. TAJAYOUTI 92
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La qualité de l’énergie
Les harmoniques : définitions harmonique C’est une des composantes sinusoïdales de la variation de la grandeur physique possédant une fréquence multiple de celle de la composante fondamentale. L’amplitude de l’harmonique est généralement de quelques pour cent de celle du fondamental.
Rang de l’harmonique C’est le rapport de sa fréquence fn à celle du fondamental (généralement la fréquence industrielle, 50 ou 60 Hz) : n = fn/f1 Par principe, le fondamental f1 a le rang 1.
Spectre C’est l’histogramme donnant l’amplitude
de chaque harmonique en fonction du rang
L'amplitude des harmoniques décroît généralement
avec la fréquence. Selon les normes, on prend en
considération les harmoniques jusqu'au rang 40.
M. TAJAYOUTI 93
La qualité de l’énergie
Les harmoniques : définitions Expression de la grandeur déformée : Le développement en série de FOURIER de tout phénomène périodique est de la forme :
où :
Y0 = amplitude de la composante continue, généralement nulle en distribution électrique en régime permanent,
n = valeur efficace de la composante de rang n,
ϕn = déphasage de la composante harmonique au temps initial.
M. TAJAYOUTI 94
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La qualité de l’énergie
Les harmoniques : définitions Valeur efficace d’une grandeur déformée La valeur efficace de la grandeur déformée conditionne les échauffements, donc habituellement les grandeurs harmoniques sont exprimées en valeurs EFFICACES.
Pour une grandeur sinusoïdale, la valeur efficace est la valeur maximale divisée par racine de deux.
Pour une grandeur déformée et, en régime permanent, l’énergie dissipée par effet JOULE est la somme des énergies dissipées par chacune des composantes harmoniques.
M. TAJAYOUTI 95
La qualité de l’énergie
Les harmoniques : définitions Taux individuel
C’est le rapport de la valeur efficace de l’amplitude de l’harmonique de rang n à celle du fondamental. Exemple :
taux de In en % = 100 (In/I1)
Taux global de distorsion (distorsion)
Il donne une mesure de l’influence thermique de l’ensemble des harmoniques ; c’est le rapport de la valeur efficace des harmoniques à celle de la valeur efficace du fondamental seul (CEI 61000-2-2) :
M. TAJAYOUTI 96
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La qualité de l’énergie
Les perturbations causées par les harmoniques :
Dysfonctionnement des systèmes de protection et des relais
Vibration et bruits
Risque de résonance
Perturbation des convertisseurs statique et des matériels électroniques
Les effets à moyen et long terme :
Echauffement des condensateurs
Echauffement des câbles et des équipements
Echauffement dû aux pertes supplémentaires des machines et transformateur
M. TAJAYOUTI 97
La qualité de l’énergie
Les harmoniques : Limites acceptables
machines synchrones : distorsion en courant statorique admissible = 1,3 à 1,4 % ;
machines asynchrones : distorsion en courant statorique admissible = 1,5 à 3,5 % ;
câbles : distorsion admissible en tension âme- écran = 10 % ;
condensateurs de puissance : distorsion en courant = 83 % ce qui donne une
surcharge de 30 % (1,3 I nominale) la surcharge en tension pouvant atteindre 10 % ;
électronique sensible : distorsion en tension 5 %, taux individuel 3 % suivant le
matériel.
M. TAJAYOUTI 98
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La qualité de l’énergie
Les harmoniques : Limites normatives
CEI 61000-3-2 qui définit des limites d'émission de courant harmonique par les
appareils consommant moins de 16 A par phase
CEI 61000-3-4 traite le cas des appareils consommant au-delà de 16 A
CEI 61000-2-4 qui définit les niveaux de compatibilité dans les réseaux d'installations
industrielles.
La norme EN 50160 concerne les caractéristiques de la tension fournie par les réseaux
publics de distribution.
CEI 61000-2-2 qui définit les niveaux de compatibilité de tensions harmoniques sur les
réseaux publics basse tension
M. TAJAYOUTI 99
La qualité de l’énergie
Les harmoniques : Limites normatives de la CEI 61000-2-2
M. TAJAYOUTI 100
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La qualité de l’énergie
Les appareils de mesures
La tension
Le courant
Les spectre des harmoniques
La puissance active
La puissance réactive
La fréquence
L’enregistrement des mesures
M. TAJAYOUTI 101
Qualité d’un réseau électrique Spécifications techniques relatives à la protection des personnes et
des biens dans les installations photovoltaïques raccordées au réseau BT ou HTA
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Les normes PV
La norme NF C15-100 qui traite des installations électriques à basse-tension (BT).
Les installations photovoltaïques rentrent dans son champ d’application depuis
2008.
Le guide UTE C 15-712 traite précisément des installations photovoltaïques sont
traitées dans.
Ce guide, a été rédigé par une Commission de l’Union Technique de l’Electricité
(UTE).
Depuis le 1er janvier 2011, une nouvelle version de ce guide est entrée en vigueur :
le guide UTE C15-712-1 datant de juillet 2010. Une nouvelle version de ce guide
vient d’être publiée au 1er juillet 2013.
M. TAJAYOUTI 103
Les normes PV
D’autres normes et guides techniques traitent aussi le domaine lié à la protection des personnes
et des biens dans les installations photovoltaïques raccordées au réseau BT ou HTA.
On cite notamment :
Textes réglementaires :
le décret n° 88-1056 du 14 novembre 1988 et ses arrêtés pour la protection des travailleurs
qui mettent en œuvre des courants électriques,
Le décret n° 92-587 du 26 juin 1997 relatif à la compatibilité électromagnétique des appareils
électriques et électroniques,
La circulaire DRT 89-2, 6 février 1989 modifiée le. 29 juillet 1994 - Application du décret 88-
1056,
Les règlements de sécurité contre l'incendie dans les établissements recevant du public et/ou
des travailleurs
M. TAJAYOUTI 104
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Les normes PV
Normes et guides :
NF EN 50380 (C 57-201) Spécifications particulières et informations sur les plaques de constructeur pour
les modules photovoltaïques
NF EN 60269-1-6 Fusibles basse tension - Partie 6: Exigences supplémentaires concernant les éléments
de remplacement utilisés pour la protection des systèmes d'énergie solaire photovoltaïque. NF EN 50380
Spécifications particulières et informations sur les plaques de constructeur pour les modules
photovoltaïques
NF EN 50521 Connecteurs pour systèmes photovoltaïques – Exigences de sécurité et essais
NF EN 60947-1-2-3 Appareillage basse tension – Partie 1 : Règles générales – Partie 2 : Disjoncteurs –
Partie 3 : Interrupteurs, sectionneurs, interrupteurs-sectionneurs et combinés-fusibles
NF EN 61000-1-2-3 Compatibilité électromagnétique (CEM) – Partie 3-2 : limites - Limites pour les
émissions de courant harmonique (courant appelé par les appareils inférieur ou égal à 16 A par phase).
NF EN 61439 Ensembles d’appareillages à basse tension
NF EN 61643-11 (C 61-740) Parafoudres basse-tension - Partie 11: Parafoudres connectés aux systèmes
de distribution basse tension - Prescriptions et essais
Les normes PV
Normes et guides : (suite)
NF EN 61646 (C 57-109) Modules photovoltaïques (PV) en couches minces pour application terrestre -
Qualification de la conception et homologation
NF EN 61730-1 (C 57-111-1) Qualification pour la sûreté de fonctionnement des modules
photovoltaïques (PV) - Partie 1: Exigences pour la construction
NF EN 61730-2 (C 57-111-2) Qualification pour la sûreté de fonctionnement des modules
photovoltaïques (PV) - Partie 2: Exigences pour les essais
NF EN 62262 (C 20-015) Degrés de protection procurés par les enveloppes de matériels électriques
contre les impacts mécaniques externes (Code IK)
NF EN 62305-1 (C 17-100-1) Protection contre la foudre - Partie 1: Principes généraux
NF EN 62305-2 (C 17-100-2) Protection contre la foudre - Partie 2: Evaluation du risque
NF EN 62305-3 (C 17-100-3) Protection contre la foudre - Partie 3: Dommages physiques sur les
structures et risques humains NF C 14-100 Installations de branchement à basse tension
NF C 15-100 Installations électriques à basse tension NF C 17-100 Protection contre la foudre -
Protection des structures contre la foudre - Installation de paratonnerres
NF C 17-102 Protection contre la foudre - Protection des structures et des zones ouvertes contre la
foudre par paratonnerre à dispositif d'amorçage
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Les normes PV
Normes et guides : (suite)
UTE C 15-105 Guide pratique - Détermination des sections de conducteurs et choix des dispositifs de protection
- Méthodes pratiques
UTEC15-400Guidepratique Raccordement des générateurs d’énergie électrique dans les installations
alimentées par un réseau public de distribution
UTE C 15-443 Choix et mise en œuvre des parafoudres basse tension
UTE C 15-520 Guide pratique : Canalisations - modes de pose - connexions
UTE C 17-100-2 Guide pratique - Protection contre la foudre - Partie 2: Evaluation des risques
UTE C 18-510-1 Recueil d'instructions générales de sécurité d'ordre électrique,
UTE C 61740-52 Parafoudres basse tension Parafoudres pour applications spécifiques incluant le courant
continu - Partie 52: Principes de choix et d’application - Parafoudres connectés aux installations
photovoltaïques
UTE C 17-108 Guide Pratique – Analyse simplifiée du risque foudre
DIN VDE 0126-1-1 Dispositif de déconnexion automatique entre un générateur et le réseau public basse
tension
ADEME Guide ADEME (2007) : Systèmes photovoltaïques raccordés au réseau – Guide de rédaction du cahier
des charges techniques de consultation à destination du maître d’ouvrage
Les normes PV
Dimensionnement des câbles côté DC
En fonctionnement normal, le courant maximal d’emploi coté DC doit être pris égal à 𝟏. 𝟐𝟓 × 𝑰cc
Choisir des sections de câble dont le courant admissible 𝑰𝒛= 𝟏, 𝟐𝟓 × 𝑰cc
Dans le cas de N chaines en parallèle, le courant max d’emploi dans le câble de groupe
𝑰𝒛= 𝑵 × 𝟏, 𝟐𝟓 × 𝑰𝒄𝒄
𝑵 : le nombre de chaînes en parallèle.
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Les normes PV
Dimensionnement des câbles côté DC -section-
Les normes PV
Dimensionnement des câbles côté DC –chute de tension et fusible-
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Les normes PV
Dimensionnement des câbles côté DC -Parafoudre –
La présence d’un parafoudre est obligatoire si Si la longueur totale des câbles (somme des longueurs empruntés par le même chemin) est = à la longueur critique 𝑳𝑪𝒓𝒊𝒕𝒊𝒒𝒖𝒆.
𝑵𝒈 : nombre d'impact de foudre par an et par km²dans une région
Les normes PV
Dimensionnement des câbles côté AC – section -
Le courant admissible 𝑰𝒛 d’un câble en AC
Celui-ci va dépendre de la canalisation (souterraine ou aérienne) et du type de câble à savoir s’il est en cuivre ou en aluminium et du nombre de conducteur.
La normes NF C15-100 dresse des tableaux donnant la valeur du courant admissible 𝑰z en fonction de la section du câble, du type de câble, de la nature de la canalisation et du nombre de conducteur.
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Les normes PV
Dimensionnement des câbles côté AC – section –
Les normes PV
Dimensionnement des câbles côté AC – section –
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Les normes PV
Dimensionnement des câbles côté AC – Chute de tension –
La chute de tension autorisée entre l’onduleur et le point de livraison (bornes de sortie de l’Appareil Général de Commande et de Protection) est de 3 % à puissance nominale de l’onduleur et de la limiter à une valeur de 1% en basse tension, selon la norme NF C 15-100.
PLAN
Le réseau électrique marocain
Stratégie et Perspectives du Développement du réseau
marocain.
Projets ER pilotés par l’ONEE
Source : documentation ONEE
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PLAN
Le réseau électrique marocain
Stratégie et Perspectives du Développement du
réseau marocain.
Projets ER pilotés par l’ONEE
118
Architecture du réseau électrique Marocain
119 Direction DOS
Le terme « Réseau » désigne la totalité du système constitué par des centrales
électrique, les réseaux de transmission et les consommateurs. Le réseau électrique
Marocain est hiérarchisé
par niveau de tension, celui-ci est fractionné en trois principales subdivisions à
savoir le réseau de transport, de répartition et de distribution. Une notion de
frontière peut être définie entre les niveaux de tension du réseau électrique, ces
frontières sont assurées par les postes sources et les transformateurs.
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60
Architecture du réseau électrique Marocain
120
Réseau Transport HTB : 60kV, 150kV, 225kV et 400kV
Sur ce réseau sont connectées les centrales de production classique comme les centrales
thermiques de l’ordre du centaines de mégawatts assurant 88% de la production électrique
au Maroc. Ces réseaux ont une architecture maillée, ainsi les productions ne sont pas isolées
mais toutes reliées entre elles.
Cette structure permet une sûreté de fonctionnement accrue par rapport à une structure de
réseau dite radiale puisqu’elle assure la continuité du service en cas d’aléas comme la perte
d’une ligne, d’une productions, etc.
Réseau Distribution HTA/BT : Réseau MT : 5kV , 20kV et 22kV. Réseau BT : 380V
Ce réseau a pour fonction d’alimenter l’ensemble de la clientèle principalement connectée à
ce réseau. Son exploitation est gérée par des Gestionnaires de Réseaux de Distribution
(GRD). Les réseaux de distribution ont principalement une structure radiale (arborescente).
Architecture du réseau électrique Marocain
121
Marge de variation de la fréquence f 0.5 Hz en régime normal
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61
Architecture du réseau électrique Marocain
122
La distinction entre Gestionnaire du Réseau de Transport (GRT) et Gestionnaire du Réseau de Distribution (GRD) permet de distinguer entre les responsabilités claires, de transport de l’électricité entre les producteurs de grande taille (unités thermiques, grand hydraulique…etc.) et les niveaux inférieurs du réseau où le GRD pourra distribuer cette électricité au consommateur.
La différence entre un réseau de transport et un réseau de distribution n’est pas une distinction administrative. Elle recouvre une réalité technique entre le niveau local et le niveau global.
Architecture du réseau électrique Marocain
123
Le niveau global se réfère au réseau de transport et à la sécurité du réseau ; on y retrouve :
Le contrôle de la fréquence/ puissance
Le contrôle de la tension au moyen de la puissance réactive
Les systèmes de protection
Les procédures de contrôle d’urgence
Les plans de défense
La restauration du système
Le niveau local concerne les réseaux de distribution, il inclut :
Le contrôle de la tension
Les surcharges
La protection
La qualité de l’électricité
Le risque d’îlotage
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62
Réseau du transport Electrique
Auto-producteurs
Interconnexion Maroc – Algérie
Interconnexion
Maroc - Espagne
Sources de satisfaction de la demande
124 Direction DOS
Réseau de Transport de l’Energie
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63
Dispatching National
Réseau de Transport de l’Energie
Dispatching Régional
Zaïr (Dispatching Secours)
ROCHES NOIRES (Dispatching National)
TIT MELLIL (Dispatching de Repli)
Dispatching de Repli
Dispatching National
Dispatching de Secours
Double anneau optique à 100 MB
Un système de téléconduite à haute disponibilté – Architecture générale
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Marché de l’électricité
Organismes externes Dispatchings pays voisins
Internet, SAP, ...
Bureautique
SYSTEME DE DEVELOPPEMENT ET SIMULATEUR
DISPATCHING NATIONAL
DISPATCHING REGIONAL
RESEAU INFORMATIQUE
Réseau de Transport de l’Energie – Dipatching national
Réseau de Transport de l’Energie – Dipatching national
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Interconnexions électriques avec les pays voisins
Maroc – Espagne : DE (700MW depuis 1997) à 1400 MW (2006) Maroc – Algérie : DE 400 MW (88/92) à 1200 MW (2010)
Interconnexions électriques avec les pays voisins
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Interconnexions électriques avec les pays voisins
ENTSO-E, association européenne des gestionnaires de réseaux de transport européens, a été créée en juillet 2009 par la fusion d’associations de gestionnaires de réseaux antérieures, dont en particulier l’UCTE (Union pour la Coordination du Transport de l’Electricité) à laquelle adhérait l’ONEE depuis 1997. (www.entsoe.eu)
Apports techniques des interconnexions :
Réaction de façon ‘’solidaire’’ des systèmes électriques interconnectés face aux
événements imprévisibles
Amélioration de la qualité de service des clients (stabilité de la fréquence,
continuité de service par l’appui mutuel des réseaux interconnectés, etc.)
Apports économiques des interconnexions :
Opportunités pour les échanges d’énergie
Optimisation de l’utilisation des moyens de production (partage de la réserve
tournante, etc.)
Optimisation des investissements (décalage des investissements et introduction
des unités plus puissantes)
Interconnexions électriques avec les pays voisins
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Développement des Interconnexions Internationales
L’interconnexion Maroc-Algérie a joué un rôle important dans la stabilité du réseau
Maghrébin en général et marocain en particulier et a contribué d’une façon significative à
la résorption du déficit de production qu’à connue l’ONE entre 1991 et 1993.
Les résultats encourageant ainsi enregistrés ont conduit les organismes maghrébins de
l’électricité à renforcer ces interconnexions par l’introduction du réseau 400KV dans les
réseaux interconnectés du Maghreb qui est aussi une condition nécessaire pour la
réalisation d’un marché maghrébin de l’électricité.
Développement des Interconnexions Internationales
L’interconnexion Maroc-Espagne est composée actuellement de deux câbles sous Marins
Ferdioua ( Maroc) – Tarifa ( Espagne) d’une capacité de 700MW chacun en régime
permanent. La capacité commerciale de cette interconnexion est de 900 MW dans le sens
Espagne –Maroc et 600 MW dans le sens Maroc-Espagne.
Le renforcement de cette interconnexion par la réalisation d’un 3ème câble ou le passage
en courant continu des câbles existant pour augmenter la capacité à 2100 MW est en
cours d’étude.
Projet d’Interconnexion entre le Maroc et la Mauritanie
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modes d’organisation du réseau électrique
Réseau maillé Réseau radial
Evolution de la demande
*y compris l’énergie éolienne via réseau client
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69
En MW
Evolution de la puissance installée depuis 1990
138
6,7 %
Evolution de la longueur des lignes THT-HT
139 Direction DOS
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70
Evolution du Maxima annuel de la puissance et l’énergie appelée
140 Direction DOS
Evolution de la consommation d’électricité par habitant
141 Direction DOS
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71
Evolution du taux de pertes du réseau de transport depuis 2001
142 Direction DOS
143 Direction DOS
Evolution de l’énergie non distribuée
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72
144 Direction DOS
Evolution du temps de coupure équivalent
145 Direction DOS
Evolution du taux de microcoupures sur 100 km
07/10/2015
73
INTERCONNEXIONS Maroc - Espagne Maroc - Alg é rie
INTERCONNEXIONS Maroc - Espagne Maroc - Alg é rie
ONE
Acheteur Unique
R é gies et Concessionnaires (THT, HT ou MT)
R é gies et Concessionnaires (THT, HT ou MT) DISTRIBUTION ONE
(HT)
DISTRIBUTION ONE (HT)
Clients MT & BT Clients MT & BT Clients MT & BT Clients MT & BT
PRODUCTION IPP: - JLEC : 9915.334GWh (30,75%) - TAHADDART : 2662.674 GWh (8.26%) - CED : 160.473 GWh (0,5%)
PRODUCTION ONEE: -Thermique : 9806.928 GWh (30,41%) -Hydraulique : 2990.358 GWh (9,27%) -Eolien : 660.404 GWh (2,05%)
AUTO PRODUCTEURS 110.900 GWh (0.34%) INTERCONNEXIONS
Maroc - Espagne Maroc - Alg é rie
INTERCONNEXIONS (imports)
- Espagne : 5373.912 GWh (16,66%) - Algérie : 177.165 GWh (0.55%)
ONEE Acheteur Unique
R é (THT, HT ou MT)
R é gies et Concessionnaires 11 764.52 GWh (38,7%)
DISTRIBUTION ONE (HT)
Distribution ONE
13 959.6 GWh (46.0%)
Clients MT & BT Clients MT & BT Clients MT & BT Clients MT & BT
32,252 TWh, Pointe max: 5 580 MW
Clients Directs THT/HT 4 637.21 GWh (15,3%)
Bilan offre-demande : 2013
0.6 % /2012
Eolien loi 13-09
394,015 GWh (1,22%)
147 Direction DOS
Equilibre Offre-Demande
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74
148 Direction DOS
Satisfaction de la pointe maximale
149
Livraisons d’énergie année 2013
Direction DOS
3 Distributeurs privés
10 Directions ONEE de distribution Clients directs ONEE THT-HT
8 Régies de distribution urbaines
LIVRAISONS année 2013
30 361GWh Var 2013/2012 : +3,1 %
Lydec, Redal, Amendis
26.2%
46,0% 15,3%
12,5%
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PLAN
Le réseau électrique marocain
Stratégie et Perspectives du Développement du
réseau marocain.
Projets ER pilotés par l’ONEE
150
PLAN
Le réseau électrique marocain
Stratégie et Perspectives du Développement du
réseau marocain.
Projets ER pilotés par l’ONEE
155
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Vitesse moyenne de vent entre 7 et 11 m/s avec un potentiel dépassant 6000 MW
Programme marocain de l’énergie éolienne 1/3
1.5 Millions TEP
2000 MW de capacité éolienne en 2020 Objectif
Capacité Installée 650 MW
Capacité en cours de développement 220 MW
Programme Intégré d’Energie Eolienne (PEI) 1000 MW
+ 200 MW (Abdelkhalek Tores II)
Abdelkhalek Tores: 50 MW (IPP/ONE)
Amougdoul: 60 MW (ONE)
Tanger: 140 MW (ONE)
Lafarge: 30 MW (Auto production)
Tarfaya: 300 MW (IPP/ONE)
Akhefenir: 200 MW (LER)
Laâyoune: 50 MW (LER)
Haouma: 50 MW (LER)
Jbel Khalladi: 120 MW (LER)
Taza: 150 MW
Tanger II: 150 MW
Jbel Hdid : 200 MW
Tiskrad: 300 MW
Boujdour: 100 MW
Entre 2012 et 2014 Entre 2014 et 2020
157
Déc
linai
son
de
l’ob
ject
if d
e 20
00 M
W é
olie
n
Midelt: 100 MW
Programme Marocain de l’énergie éolienne 2/3
Repowering à 100 MW du parc existant Abdelkhalek Tores
Extension Abdelkhalek Tores II 200 MW
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Dans le cadre du Programme Eolien Intégré (PEI):
Qualification des sites et évaluation du gisement éolien ;
Mise à disposition des développeurs retenus de l’assiette foncière des sites;
Prise en charge, à travers des PPP, du développement et de la réalisation des projets
du PEI;
Participation au capital des Sociétés de Projet avec le Fonds Hassan II et la SIE;
Contribution au financement à travers des prêts concessionnels accordés à l’ONE et
rétrocédés aux Sociétés de Projets;
Promotion de l’industrie nationale par l’exigence d’une intégration industrielle locale
dans le Programme
Lancement des études d’intégration de l’éolien au réseau de transport;
Rôle de l’ONEE dans les projets éoliens :
Programme Marocain de l’énergie éolienne 3/3
En résumé :
Problématique
Les ressources renouvelables dépendent des conditions météorologiques et sont disponibles d’une façon irrégulière. Ceci peut engendrer des fluctuations de la production de l’énergie éclectique.
Un déficit ou un surplus peut s’en suivre.
Les projections faites pour les centrales conventionnelles ne sont pas suffisantes pour les ER.
L’intégration de centrales à ER à grande échelle est donc un véritable défi.
Contraintes d’intégration
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Quelques éléments de réponse
La nécessité de la présence dans le réseau de centrales conventionnelles flexibles. (ex : les Turbines à Gaz)
L’amélioration des prévisions météo : une meilleure prévision à court terme est nécessaire.
Le réseau intelligent (smart grid) : charges télécommandables, onduleurs solaires télécommandables...
Le stockage de l’électricité.
Contraintes d’intégration
Merci
173