RTE et ses métiers au service de la Transition énergétique · RTE et ses métiers au service de...
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16/06/2016 1 RTE et ses métiers au service de la Transition énergétique NosMissions
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RTE et ses métiers au service de
la Transition énergétique
NosMissions
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RTE
Opère, maintient et développe le réseau de transport
d’électricité en France (réseaux de tension > 50 kV)
Est responsable de l’équilibre offre/demande
Propose le design du marché de l’électricité
4 461 M€de chiffre d’affaires
379 M€de résultat net
8 500salariés
100 000 km de lignes / Puissance de pointe 102 GW / Energie transportée 500 TWh
RTE au coeur du système électrique
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Nos moteurs
Dans le passé…
Croissance Indépendance Nucléaireéconomique énergétique
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Avec pour résultat
Le contexte actuel
La crise et la sobriété énergétique
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Le contexte actuel
Les énergies renouvelables
Nos enjeux
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Enjeu économique
compétitivité économique,
consommateurs
Enjeu climatique
réduction des émissions de gaz à effet de serre
en Europe
Enjeu de sécurité
Sécurité d’approvisionne
ment,
Contexte Européen
Trois enjeux en interaction
-20 %
Emissions de CO2, par rapport à 1990
+20 %
Efficacité énergétique
=20 %
De renouvelable dans l’énergie finale
-40 %
Emissions de CO2, par rapport à 1990
=27%
De renouvelable dans l’énergie finale
2020
2030
+27%
Efficacité énergétique
Contraignant / national
Contraignant / Europe Indicatif / Europe
Contraignant / national
Contraignant / national
Indicatif / Europe
Contexte Européen
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Loi TE adoptée définitivement en juillet
Utiliser au mieux les ressources
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Source: DG Energy
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Réconcilier & optimiser…
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Un réseau interconnecté
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Notre terrain de jeu
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Infrastructures
Des
infrastructures
adaptées,
disponibles en
temps et en
heure, en
minimisant
l’impact sur
l’environnement
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Nos difficultés
Solaire: le difficile art de la prévision…
En 2000, quelle
était la prévision
pour la capacité
solaire globale en
2010?
4 GW
8 GW
24 GW
41 GW
Quelle était la
capacité solaire
globale réelle en
2010?
4 GW
8 GW
24 GW
41 GW
En 2010, quelle était
la prévision pour la
capacité solaire
globale en 2020?
87 GW
113 GW
247 GW
324 GW
Quelle était la
prévision pour la
capacité solaire
globale en 2013?
53 GW
87 GW
113 GW
136 GW
L’AIE avait prévu
que la capacité
solaire atteindrait
4 GW en 2010
10x ce qui avait été
prévu en 2000
L’AIE avait prévu que
la capacité solaire
atteindrait 113- 127
GW en 2020
7 ans avant
l’échéance prévue
seulement 3 ans
avant
✓✓✓✓
✓✓✓✓
✓✓✓✓✓✓✓✓
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Marchés nationaux
Intégration verticale
Peu d’interconnexion essentiellement
pour des raisons de sécurité de
fonctionnement
Opposition modérée
Prévision de la consommation et action
sur la production
� Marché européen intégré
� Séparation des activités
� Augmentation des interconnexions
� Environnement régulé
� Forte opposition (NIMBY - BANANA)
� Réduction CO2: objectif 3 x 20
réseau
Consommation
aléatoire
réseau
Une part de la production
est intermittente
XX ème siècle | XXI ème siècle
Un changement radical de modèle
Nos opportunités
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Encourager le
déploiement des
réseaux
électriques
intelligents
Mieux
coordonner
action locale,
nationale et
continentale
Courant continu Drones & robots
Bigdata Electronique de puissance
Moyens héliportés
Conducteurs innovants
Objectifs et structure de la R&D à RTE
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• La R&D-I anticipe les évolutions du système électrique et permet
� De construire des solutions performantes pour aujourd’hui et demain� De s’adapter aux évolutions de contexte grâce à une veille technologique� De bénéficier des progrès scientifiques et techniques faits par ailleurs� D’anticiper les évolutions de notre environnement et de notre contexte institutionnel
• La R&D-I est indispensable pour préparer les évolutions desmétiers et l’entreprise de demain.
� La R&D est appliquée, et vise à créer les logiciels, méthodes, outils utiliséesdemain par RTE ainsi qu’à orienter le développement puis intégrer les nouvellestechnologies proposées par les constructeurs.
� La R&D propose, à travers des livrables transférés directement aux métiers, dessolutions parfois en rupture avec les process existants.
• La R&D-I promeut et organise une démarche visant à favoriser etvaloriser l’innovation au sein de RTE.
Objectifs généraux de la R&D - Innovation
Nos programmes de recherche et d’expertise
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Structuration en programme
Système
Electrique
Système
Electrique
Gestion des
actifs
Gestion des
actifs Réseau du futurRéseau du futur
Smartgrids
Environnement
Explorer des pistes permettant
d’optimiser encore la gestion des
actifs
Faire émerger de nouvelles
technologies permettant
d’augmenter la capacité des
infrastructures
Structuration en projets
Système
Electrique
Système
Electrique
Gestion des
actifs
Gestion des
actifs Réseau du futurRéseau du futur
Smartgrids
Liaisons du futur
Poste intelligent
Poste du futur
Contrôle-commande
du futur
Réseaux à courant-continu
Moyens d’observation
et outils innovants
Durée du vie du réseau
Smartlab
Monitoring
Codes de simulation
et plateformes
d’étude
Exploitation du futur
Développement futur du réseau
Equilibre offre-
demande du futur
Biodiversité
Socionet
Eco-conception
Biologie et
réseaux
Environnement
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Gestion des actifs Maintenance
Programme Gestion des actifs
Infrastructures de RTE270 000 pylônes105 000 km de lignes2 600 postes40 000 sectionneurs12 000 disjoncteurs…
Mission : Optimiser de 10% la gestion des actifs
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Programme Gestion des Actifs
Objectifs du Programme� Observer le comportement réel des équipements dans le réseau� Comprendre le vieillissement des équipements� Prévoir le vieillissement des composants� Aider à la décision d’utilisation des équipements� Optimiser le système électrique en proposant des évolutions de politiques de gestiondes actifs
Structuration du Programme en 4 projets
Gestion des
actifs
Gestion des
actifs
Moyens d’observation
et outils innovants
Durée du vie du réseau
Smartlab
Monitoring
Réseau du Futur
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Programme Réseau du Futur
Mission : Identifier et qualifier au moins deux ruptures technologiques
Programme Réseau du Futur
Objectifs du Programme� Observer et analyser les potentialités offertes par les progrès technologiques dansl’ensemble des domaines techniques et scientifiques� Faire émerger de nouvelles solutions dans le domaine des infrastructures de réseaux� Spécifier les composants et les conditions de leur mise en œuvre en réponse auxbesoins futurs du système électrique� Valider par des démonstrations adaptées, en mode exploitation et maintenance, laperformance des technologies proposées par les constructeurs
Structuration du Programme en 5 projets
Réseau du futurRéseau du futur
Liaisons du futur
Poste intelligent
Poste du futur
Contrôle-commande
du futur
Réseaux à courant-continu
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Système Electrique
Programme Système Electrique
Mission : Intégrer de façon optimale 40% d’énergies renouvelables
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Programme Système Electrique
Objectifs du Programme� Accompagner la transition énergétique en permettant d’intégrer une quantitésignificative d’énergie renouvelable� Permettre la mutualisation à l’échelle européenne des différentes sources d’énergie etmodes et consommation, en favorisant les échanges et la solidarité entre zones� Développer de nouvelles méthodes et outils de modélisation, de simulation,d’optimisation pour le développement, la maintenance et l’exploitation des réseauxélectriques français et européen
Structuration du Programme en 4 projets
Système
Electrique
Système
Electrique
Codes de simulation
et plateformes
d’étude
Exploitation du futur
Développement futur du réseau
Equilibre offre-
demande du futur
Smartgrids
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Programme SmartGrids
Objectifs du Programme
� Qualifier et valoriser les actions de RTE relevant de l’intelligence électrique, ie. cellesengagées pour aller vers un système électrique plus flexible, communicant etaccompagnant les objectifs de déploiement des EnR et d’efficacité énergétique(notamment via la modulation de la demande)
Organisation du programme
� Expérimentations & démonstrateurs (traités dans les programmes précédents)� Chantier Réseau Electrique Intelligent de la Nouvelle France Industrielle
Environnement
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Programme Environnement
Mission : Proposer de nouvelles méthodes et technologies pourdisposer d’ouvrages plus facilement intégrés dans leurenvironnement naturel et institutionnel.
Programme Environnement
Objectifs du Programme� Elaborer des méthodes et faire émerger des technologies permettant à nos ouvragesde préserver davantage l’environnement� Mieux comprendre nos effets pour les limiter comme pour renforcer le lobbying del’entreprise� Créer des situations favorables à l’émergence de nouveaux alliés
Structuration du Programme en 4 projets
Biodiversité
Socionet
Eco-conception
Biologie et
réseaux
Environnement
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Le réseau de l’intelligence électrique
iTesla ProjectInnovative Tools for Electrical System Security within Large Areas
J-B. Heyberger, RTE
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iTesla partners
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iTesla Main Objectives
• This toolbox will provide operators with tools to assess the security of power system situations from 2 days ahead to real time. The outputs will be relevant preventive or curative actions when needed
• Today TSOs must operate the system with reduced margins. Current contingency analyses are no longer suitable to address phenomena such as high penetration of intermittent energy sources, new power electronic devices, larger power transfer over long distances
To develop a toolbox that will
be needed by Transmission
System Operators to operate the
European power system in the years to come
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Model the increasing amount of uncertainties in the decision process
Model control actions and take them into account in
the decision process
Take into account system dynamics in the
security assessment
Challenges
Challenges
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New “online” security
assessment…
Action identification
Uncertainties Dynamics
…up to 24-48 hours in
advance
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Rationale
Ultimate aim: assess security of forecast states
(DACF, IDCF)
• Are available corrective actions sufficient?
• Are any preventive actions needed?
– What is the last «useful» time to trigger them?
– “Last Time To Decide” concept
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Existing practice
External data (forecasts / snapshots)
Merging
Data acquisition and storage
Contingency screening (mainly static) applied to deterministic
forecasts / snapshots
Synthesis of recommendations for the operator
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Onlineanalysis
with
Uncertainties
&
Dynamics?Action analysis
Online
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Upgrade #1: dynamic simulations
Online
Data acquisition and storage
Merging module
Contingency screening
(Time domain simulations)
Synthesis of recommendationsfor the operator
External data (forecasts and
snapshots)
Offline validation of dynamic models
Info to the operator about
dynamic stability
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Upgrade #2: uncertainties
Online
Data acquisition and storage
Merging module
Monte Carlo approach usingbase case + uncertainties
Synthesis of recommendationsfor the operator
External data (forecasts and
snapshots)
Offline validation of dynamic models
Contingency screening
(Time domain simulations)
Use of historical data to build
uncertainty patterns
M contingencies
N sampled states
= NxM online dynamic simulations to
be performed in a 15 min time
window
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Upgrade #3: Filtering process
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Upgrade #3: Filtering process
This approach reduces the
number of time domain
simulations to be done online
Forecast error
characterisation
?
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Upgrade #3: Filtering process
Use of historical data
to build uncertainty
patterns
Upgrade #3: Filtering process
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Offline workflow � Not permanently running: only on demand for “offline” security rules update
� Called once per week
� Use of historical data and data mining techniques to build situations “similar” to future ones
� Offline computation platform has much more computation capacity than the online platform
but only used periodically
Online workflow � “Online” does not mean real time but “permanently running”
� Analyses forecasts from D-2 to real time
� Requires results of offline workflow
� High filtering rate expected to reduce the online time domain simulations
� Number of online samples << Number of offline sampled cases
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Overall work flow
Sampling of network states (1/2)
• First, sample “uncontrolled” variables:• Sampled stochastic variables:
• Nodal loads
• Nodal renewable uncontrollable injections
• Availability of controllable power plants (thermal, hydraulic,…)
• Local topologies
• Local grid situations (one or a few stations): several possible configurations
• Then, define controllable parameters using a series of OPFs i.e.:• Local configurations (shunts...)
• Unit commitment
• Production levels (both active and reactive)58
General idea: historical data is not enough because oversampling
of rare events is needed to evaluate the safety.
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Substation topology
phase
• Only phase with DC formulation.
• Goal: obtain one topology for each group of substation.
Feasibility phase
• PST configuration
• Unit commitment
• Shunt commitment
• Detection of infeasibilities using slack variables
PST setting
• PST setting
• Unit commitment
• Shunt commitment
• Starting from the solution of the feasibility phase
Unit commitment
• PST setting
• Unit commitment
• Shunt commitment
• Starting from the solution of the PST phase
Shunt commitment
• PST setting
• Unit commitment
• Shunt commitment
• Starting from the solution of unit commitment
Sampling of network states (2/2)
Decomposition strategy
Discrete aspects
• MPEC* reformulation
• Continuous relaxation
• Fixed
*MPEC = Mathematical Programs with Equilibrium Constraints
Time domain simulation
and contingency impact analysis
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• Time domain simulations are lengthy (~1 mn each, and up to 10
millions of them are needed)
• From each complex simulations, simple indicators (safe/unsafe)
are extracted
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Security rules computation
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� Decision tree
-No “black box”
-OK with 40,000variables.
� The challenges:- to use only the static pre-contingency (post-loadflow) variables to forecast the post-contingencystate, even for dynamic issues.- to make that the samples are representative of the (unknown) future.
Tree leaves
give security
status
Inequalities on
input variables
MW
MW
Unsafe classified Unsafe (OK)
Safe classified Safe (OK)
Unsafe classified Safe (False alarm)
Safe classified Unsafe (Missed alarm)
Summary
• The offline workflow produces simple security rules to be
applied on pre-contingency grid states to forecast
No computation of the post-contingency safety status through lengthy
simulation is needed if the rule is able to conclude to the safety of the
situation.
• It requires a huge amount of computation power in order to
do detailed simulations
HPC (High Performance Computing) is needed.
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www.itesla-project.eu
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Le projet MIGRATE
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Génèse du projet:
Et que se passe-t-il s’il n’y a plus de machines synchrones sur le réseau?
Que devient la fréquence?
Le réseau peut-il continuer à fonctionner?
Quand la fiction rejoint la réalité
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Quand la fiction rejoint la réalité
• Increasing share of power electronic devices
� Distributed generators (e.g., wind farms, PV panels, microturbines, etc.) are mainly
connected through converters
� increasing percentage of loads are themselves interfaced to the grid through power
electronics
� many on-shore and off-shore HVDC projects are being implemented or are planned in the
near future
• Grids with 100% power electronics
� The matter of operating a network with 100% power electronics is quite well resolved for
small isolated systems, such as microgrids, distribution grids and offshore grids.
� The same doesn’t apply for large transmission systems where grid topology and power
injections are highly variable and are not known at any moment by all system components
or even by a centralized entity. Distributed control schemes by independent converters is
therefore the only viable alternative
Contexte
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Plan d’attaque général
• 3 grands objectifs
� to develop the necessary controls and management rules ensuring system stability of
transmission grids without synchronous machines
� to check the viability of these controls and management rules within transmission grids to
which some synchronous machines are connected
� to infer requirement guidelines for new converter-based generating units, which will
facilitate the implementation of these controls and management rules
• Contrainte de coûts
� Special attention will be given to the costs of the proposed controls and management
rules. Indeed, hardware upgrades, such as additional electrical batteries or oversizing of
converters, may be necessary and could be very expensive. We will try to find a “minimum
cost” solution with minimal hardware upgrades. This could lead to impose some rules,
such as a limitation of the load that can be connected nearby an inverter.
But du projet sur les réseaux 100% EP
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• Frequency reference
� Frequency is connected to the rotational speed of the rotor
� Grid-connected PE devices today measure the grid frequency and generate a current with
this frequency, that is, they “follow” the frequency imposed by synchronous machines. In a
system with 100% power electronics, however, the inverters will have to provide
waveforms at the same frequency, although there will be no synchronous machine to
“follow”.
� They will need to generate the frequency. These are also known as grid forming inverters.
These units are controlled to provide the system with a sinusoidal voltage which amplitude
and frequency are almost constant for all grid situations. In addition to the control of the
voltage amplitude these units need to be synchronized to ensure system stability.
• How?
� With external signals that will synchronize all generators, such as through a GPSdevice?
� With regulators that will control in closed loop the frequency?� With virtual oscillator control that provides synchronization between the inverters by
emulating non-linear oscillators?
Frequency issues
• Need
� Balancing load and generation at any time requires the actuation of generator controls to
compensate the transient imbalances that may occur since there are currently no massive
and cheap energy storage systems capable to charge or discharge the amount of
imbalanced energy with an appropriate response speed and without control
• In old systems
� Frequency variations reflect those imbalances
• In 100% PE systems
� What is the signal to use for power imbalances?
Balance between load and generation
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Le projet MIGRATE
