Master 2 Expose

7/23/2019 Master 2 Expose

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Production et traitement dnergielectrique rgulation associe.

ARZIKA Djika S. Ibrahim & MAIGARGUE DankassouaM2 EEA-2013

Master 2:Electronique-Electrotechnique-Automatique

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Universit Abdou Moumouni FASTDpartement de Physique


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Expos

Thme 1: >

ARZIKA Djika S. Ibrahim & MAIGARGUE Dankassoua M2 EEA-2013

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Objectif

Donner aux apprenants les comptences

scientifiques, techniques et conomiques lacomprhension de la notion d'nergie lectrique

sous ses diffrentes formes.


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PLANINTRODUCTION

I. GENERALITES

II. LES MODES DE PRODCTION DE LENERGIEELECTRIQUE: Production nuclaire, thermique,hydraulique, photovoltaque et olienne;

III. RGULATION DE FRQUENCE TENSIONCONCLUSION



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Malheureusement, cette croissance de la demande a

t majoritairement couverte par l'importation de

source d'nergies fossiles, motive par des

considrations conomiques. D'autres facteurs comme

les missions de CO2, le caractre limit de nos

rserves fossiles, et l'indpendance nergtiquenationale n'ont pas t pris en compte.



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Comme alternative ces proccupations, le

dveloppement et l'implmentation des nergies

renouvelables est incontournable. Des ressources

nergtiques illimites et abondamment disponibles

existent et doivent tre exploites. Certaines, commel'nergie olienne ou hydraulique connaissent dj un

dveloppement technique et commercial important et

sont conomiquement comptitives.



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D'autres, comme l'nergie solaire et

thermolectrique, sont techniquement disponibles,mais leur comptitivit ncessite une plus grande

confiance de la part des entreprises prives et des

institutions publiques afin de favoriser

l'implmentation de ce type de systmes et de

favoriser une diminution des cots par lesconomies d'chelle.



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Dans l'optique de la production d'lectricit, l'nerg

solaire est une source d'nergie propre et inpuisablA l'heure de la prise de conscience massive des effe

du rchauffement climatique, il est primordial dconsidrer l'nergie solaire comme l'une de

alternatives possibles aux combustibles fossiles.



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A la fin de cet expos, vous serez en mesure de

connatre :Lorigine du courant lectrique ;

Comment produire le courant lectrique ;

Les diffrentes sourcesdnergies lectriques ;Les diffrents types de centrales lectriques et

leur principe fonctionnement ;Comment traiter la frquence puis la tension.



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I. GNRALITS

I.1. Histoire de llectricit

Llectricit a t dcouverte il y a 26 sicles par Thals

de Milet, un savant grec, 7e S avant J.C, quand il frottait

un morceaudambre avec un tissu. Il constatt que la

pierre russissait attirer des petits objets lgers

comme de la paille. Deux mille ans plus tard, on appela

ce phnomne lectricit ; du mot grec elektron qui

signifie ambre.



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I.2. Exprience de Faraday

En 1831, Michael Faraday fait une dcouverte importante : il montre

exprimentalement qu'on peut fabriquer un gnrateur lectrique avec une bobine et

un aimant. Il utilise un aimant droit et une bobine de fil de cuivre. Il relie les bornes dela bobine conductrice un dtecteur de courant aiguille appel galvanomtre.

Faraday constate alors que lorsqu'il introduit l'aimant l'intrieur de la bobine, le

galvanomtre dvie et que lorsqu'il retire l'aimant, l'aiguille dvie nouveau mais

cette fois-ci dans l'autre sens. Il affirme alors qu'avec l'aimant et la bobine, on peut

fabriquer un gnrateur. En effet, une tension est apparue aux bornes de la bobine, ce

qui a conduit la circulation d'un courant passager dans le circuit ferm constitu par

la bobine et le dtecteur de courant.



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Comment comprendre le phnomne dinductionlectromagntique ?

Lapparition du courant induit dans

un circuit ferm sans gnrateur

est lie la variation du flux

magntique travers ce circuit.Pour quun courant apparaisse il

faut que les porteurs de charge

aient t mis en mouvement par laction de force motrice ; on

appellera force lectromotrice ou

f.e.m la grandeur e = -d/dt,

en notant le flux magntique travers le circuit ferm.

Lapparition des forces motrices

sur des charges initialement aurepos peut sinterprter par

lexistence dun champ

lectrique induit E dont la

circulation le long du contour

ferm daire S nest pas nulle.

ARZIKA Djika S. Ibrahim & MAIGARGUE Dankassoua M2EEA-2013

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I.3. Principe de base de la production dlectricit

Le principe de base de la production d' lectricit repose su

la conversion d' nergie mcanique en nergie lectrique

Le plus souvent, un fluide entrane une turbine.

Il a fallu des sicles aux inventeurs pour comprendre

comment produire de llectricit . Ils ont fait plein

dexpriences et ont appris la crer partir desdiffrentes sourcesdnergie de la nature.



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Ce nest quen lan 1800 que le savant italien Volta a

dcouvert le moyen de produire un courant lectrique. Il ainvent la premire pile lectrique, compose de disques

dargent et de cuivre spars par du carton humide.

Grce llectricit, la vie quotidienne a alors beaucoup

chang : clairage, chauffage, cuisson,

on pouvait faire des choses si incroyablesquon la appelela Fe lectricit .



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II. LES MODES DE PRODCTION DE LENERGE

ELECTRIQUE

II.1. Dune petite une grande production

Pour crer un petit circuit lectrique, on force les lectrons des atomes se

dplacer dun point un autre.Cest ce qua dmontr Volta qui appela pile,

lempilement de rondelles de cuivre et de zinc spares par des cartons imbibsdeau sale. En reliant par un fil mtallique les deux sorties ou ples de la

pile, on produit un courant lectrique : un grand nombredlectrons se

dplace entre les ples. Le courant lectrique provient de la circulation d

lectrons dans un corps conducteur, tel que certains mtaux ou gaz. Lecourant peut tre continu , (s'coule continuellement dans une seule

direction).



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C' est le cas par exemple dans une lampe lectrique :



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Pour crer une grosse quantit dlectricit, cest le

mme principe de fonctionnement que le petit circuitlectrique ci-dessus, simplement, le courant est

alternatif, (produit par la rotation d' un alternateur) et

il est reproduit trs grande chelle : c' est le cas

par exemple dans les centrales lectriques.



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II.2. Les diffrents moyens de production de lnergie lectrique

Quest -ce que lnergie ? La dfinition que nous donne le petit Robert est la suivante : proprit

dun systme physique capable de produire du travail .

Dun point de vue de la physique,lnergie est une grandeur physique qui peuttre mise en vidence lorsqueltat, lapparence de la nature oudun objettechnique changent soit spontanment, soit de faon provoque.

Un systme possde une nergiesil est capabledavoir un effet sur sonenvironnement.

Lnergie existe sous beaucoup de formes diffrentes. La difficult avec la

notion dnergie est que nous pouvons observer la sourcede lnergie (le

ptrole, le soleil, la nourriture,) ou bien leffet produit par lnergie (une

plante qui grandit, une machine qui fonctionne correctement, un vlo qui

roule,) mais nous ne voyons jamais l nergie elle-mme.



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La diffrence entre source dnergie et forme dnergie

1. La source dnergie est ce qui va tre utilis pour fournir de lnergie. Il Peut sagir dunematire (ptrole, charbon, tartines,), dun rayonnement comme la lumire du soleil ouencore duneforce comme celle du vent ou des cours deau.

2. La forme dnergie est la forme sous laquelle lnergiese prsente pour tre utilise. Exemple:une voiture utilise lessence comme source dnergie sous forme mcanique pour rouler

(effet).

3. On parlera deffet utile de lnergie pour dsigner ce qui est leffet recherch de lutilisationdnergie. Par exemple, le fait que les machines tournent est un effet utile de lnergielectrique. La croissance des plantes est leffetutile de lutilisationde la lumire du soleil.

Dfinitiondune nergie renouvelable : cest une nergie provenant de ressources que lanature renouvelle sans cesse.

Dfinition dune nergie non renouvelable : cest une nergie provenant de ressources

dont les stocks sur Terre sont limits.



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Quest -cequune dynamo ?Cest un convertisseur dnergie mcanique en nergie lectrique continue. On la

trouve le plus sur les bicyclettes.

1. Le galet et l'aimant: en frottant sur le pneu, le galet tourne et entraine l'axe de

rotation de l'aimant. Ils constituent la partie mobile de l'alternateur :le rotor .

2. La bobine: c'est la partie fixe de l'alternateur :le stator .

ARZIKA Djika S. Ibr ahim & MAIGARGUE Dankassoua M2 EEA-201323


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Quest -cequun alternateur ?Cest un convertisseur dnergie mcanique en nergie lectrique alternative.

Lalternateur est la p artie commune toutes ces centrales except la centrale

photovoltaque. Celui-ci doit tre en rotation pour produire de lnergie lectrique.

Remarque :les centrales solaires fonctionnent sans alternateur mais ne

fabriquent pas la mme sorte de tension. La tension produite est continue et nest

pas utilisable par nos appareils lectriques, il faut la transformer auparavant.



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Quelles sont les principaux types des centrales

lectriques ?

Les centrales combustibles fossiles (charbon, ptrole et gnaturel) dites centrales thermiques classiques ;

Les centrales nuclaires qui, sont galement des centrales quelon

peut qualifi de thermiques ;Les centrales hydrolectriques ;

Les centrales solaires photovoltaques ;

Les centrales oliennes.

Comment fonctionnement les centrales lectriques ?Animations



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Quel est le principe commun toutes les centrales

lectriques ?

Une centrale lectrique fonctionne grce :un rservoir dnergie dite primaire qui sera transforme en

nergie mcanique ;

une turbine qui possde delnergie mcanique du fait de sonmouvement de rotation (sauf centrale olienne et photovoltaque)

un alternateur qui convertitlnergie mcanique de la turbine en

nergie lectrique (hormis centrale photovoltaque).



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III. RGULATION FRQUENCE-TENSION

III.1. IntroductionLe problme majeur delexploitant est de maintenir, en permanence,

lquilibre entre loffre disponible et la demande potentielle, tan

entendu quelquilibre instantan entre production et consommatio

est une condition ncessaire de fonctionnement du systme

production-transport-consommation (que nous appellerons aussi

systme lectrique, plutt que rseau, terme qui peut avoir diverses

acceptions.



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III.2. But du traitement dnergie lectriqueLe respect des caractristiques contractuelles de la tension et de la frquence est

avec la continuit du service, lun des critres essentiels qui permettent dapprcierla qualit du service, souci majeur du producteur et du distributeur.

Par ailleurs, la tension et la frquence sont galement des indicateurs trs prcie

de la bonne exploitation, technique et conomique, du systme production-

transport.

III.3. Principede fonctionnement dun rgulateur de tensionLe rgulateur est une sorte dinterrupteur qui ouvre ou ferme le circuit dexcitation

en fonction de la tension de sortie de lalternateur dbitant dans la charge. Il

surveillera donc la tension de la charge par rapport un seuil prdtermin et

ouvrira ou fermera le circuit dexcitation de lalternateur, suivant que lon sera

respectivement au-dessus ou au-dessous de ce seuil. ARZIKA Djika S. Ibrahim & MAIGARGUE Dankassoua M2 EEA-2013

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III.4. Quels sont les types de rgulateurs de tension ?Electromagntiques : Ces rgulateurs contacts secs ne sont plus tr

utiliss. Ils comprennent un relais qui ouvre ou ferme un contact

fonction de sa tensiondalimentation (tension de seuil) ;

Electronique : Celui-cisimpose de nos jours par sa finesse de rglage

et de correction thermique, son faible encombrement et sa bon

fiabilit. Il peut tre intgr danslalternateur par le constructeur

(tendance) ou ajout sparment.



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III.5. Rgulation de la frquenceLes centrales doivent tout instant produire la quantitdlectricit

ncessaire lalimentation de la consommation. Pour rpondre ce

impratif, les centrales devraient tre interconnectes grce

maillage du rseau de transport. Pour que le rseau interconne

fonctionne, il existe une obligation commune toutes les centrales :

leurs alternateurs doivent tourner la mme vitesse lectrique, afin

produire une tension de frquence uniforme dans tout le rseau.Cestce quon appelle le synchronisme des alternateurs.



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III.5.1 Quest -ce que la frquence ?La frquence correspond au nombre de cycles que fait le cour

alternatif en une seconde. Pour un alternateur, elle correspond

nombre de tours que faitlarbre de la turbine en une seconde,

multipli par le nombredlectro -aimants placs dans le rotor.

A la diffrence de la tension, qui est un paramtre local (la tens

est diffrente en tout point du rseau, elle dpend du courant

circule dans les lignes au voisinage du point considr), la frquence

est homogne dans tout le rseau lectrique ds lors que la

production et la consommation sont en quilibre.



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III.5.2 Comment maintenir constante la frquence ?La frquence doit tre maintenue autour de la valeur nominale d

Hz, quelles que soient les variations de consommation ou

production. En effet,dune part, une frquence voluant sans ces

rendraitllectricit inutilisable pour de multiples usages,dautre part,

la plupart des composants du systme lectrique sont conus

fonctionner dans une plage de frquence donne, en dehors de laq

des dysfonctionnements graves de matriels peuvent apparatre.

ARZIKA Djika S. Ibrahim & MAIGARGUE DankassouaM2 EEA-201332


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III.5.3. Quelles sont les diffrents types de variations de

frquence ?Les petites variations globales et alatoires autour de 50 Hz dues

aux volutions continues de la consommation ;

Les variations globales de frquence, qui peuvent tre provoque par des variations brutales de production (arrt inopindune

centrale ou avarie sur la ligne de raccordementdun groupe) ;

Les fortes variations locales de frquence qui surviennent lorsdincidents de type court-circuit.


CONCLUSION & PERSPECTIVES


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CONCLUSION & PERSPECTIVESLes principaux modes de productiondnergie lectrique sont :

les nergies non renouvelables (centrales thermiques) :

i) flamme (62,5% de la production mondiale) ;ii) nuclaire (17,5% de la production mondiale) ;

les nergies renouvelables : les centrales hydrauliques, solaire, gothermique, olienn

hydrolienne (20% de la production mondiale).

NB : les pourcentages (des cinq catgories) concernent seulementllectricit issue desnergies renouvelables (production mondiale).

Les impacts des centrales lectriques sur lenvironnement :

Les centrales thermiques classiques sont des moyens de productiondnergie trs sales.

Elles rejettent danslatmosphre normment de gaz effet(doxydes dazote (NO, NO2),de soufre (S) et principalement du dioxyde de carbone CO2). Elles sont responsables des

pluies acides et de la pollution delair .



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Les centrales nuclaires ne rejettent pas de gaz effet de serre. Elles produise

des dchets radioactifs. Le stockage des dchets radioactifs pose un gr

problme pour lenvironnement .Une centrale hydraulique produit delnergie lectrique sans produire de gaz

effet de serre. Ilsagit doncdune nergie propre.

Une olienne : il sagit dune nergie renouvelable proprenmettant aucune

pollution. Le seul aspect ngatif seraitlaspect esthtique.Le principe physique qui permet de produire de l'lectricit avec un alternate

est donc le magntisme.

La rgulation de la tension et celle de la frquence sont indispensable aumaintien de la stabilit et de la fiabilit des rseaux de transport. Le syst

dexcitation de performants et les rgulateurs de vitesses sont les lments pou

arriver. ARZIKA Djika S. Ibrahim & MAIGARGUE Dankassoua M2 EEA-201335


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PERSPECTIVES


Lutilisation des nergies renouvelables connait une croissance

significative dans le monde. Au Niger, lutilisation de ces nergiesrenouvelables est trs ngligeable devant celle dnergie non

renouvelable, malgr notre grand potentiel en nergie solaire et

olienne (dans le Nord et lEst du pays) faible consommation dnergie

lectrique. IL sera plus idoine dutiliser les sources dnergie

renouvelable pour satisfaire les besoins des rgions loignes (dsertes,

et montagneuses, villages,) et mme dans les villes pour rduire la

dpense en nergie lectriquede notre pays.Malgr leurs inconvnients, les nergies demeurent primordiaux dans le

dveloppement de grandes industries.

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MERCI DE VOTRE AIMABLEATTENTION !

ARZIKA Djik S Ib hi & MAIGARGUE D k M2 EEA 201337

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