Production, Réseau et Consommation

8/3/2019 Production, Rseau et Consommation

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Universit du HavreInstitut Universitaire de Technologie

Dpartement Gnie Electrique et Informatique Industrielle

Lnergie lectrique:de la production

la consommation


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Plan

1) Transformation d'nergie

Sources, conversion.

2) Production d'lectricit

Sources, volution.

3) Flux d'nergie lectricit

Energie, puissance, flux.

4) Pertes lectriquesPertes Joule, pertes de transformation.

5) Organisation des rseauxTransport, rpartition, distribution.

6) Consommation d'lectricit

Evolution, rpartition.

Cycles annuels, hebdomadaires, journaliers.

Rfrences


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Transformation dnergie

Pour produire de l'lectricit en grandes quantits, il faut transformer unesource d'nergie fournie par la nature:

Lnergie lectrique est pratique et transportable, mais ncessite dtre produite partir de sources dnergie primaires. Lnergie lectrique est utilise pour

alimenter en nergie des consommateurs: habitat et tertiaire, industrie pourlessentiel.

Sa conversion ncessite des sources (nuclaire, fossile, renouvelable) et moyen(centrales lectriques). Le stockage de lnergie lectrique reste limit et peu

concurrentiel, donc problmatique.

1

Source:http://www.cea.fr


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Transformation dnergie

La production de l'lectricit est ralise dans des centrales lectriquespar la mise en rotation, grce la force du vent, de l'eau ou de la vapeur d'eau,via une turbine qui entranera un alternateur:

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Source:http://www.cea.fr


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Dans le monde:

En France:

Production dnergie lectrique2


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Une production moyenne de 10 TWh sur une anne peut tre obtenue avec l'undes moyens de production suivants (1) :

Ordres de grandeur pour la production d'lectricit, en 2008 :

(1) Les comparaisons entre filires de production d'lectricit sont dlicatescar leur utilisation relve de logiques diffrentes suivant leur rle dans

le bouclage de l'quilibre offre/demande (base/semibase/pointe) ;les grandeurs prsentes ici sont donc des estimations, reposant surdes moyennes de rendements et de dures d'utilisation.

(2) De puissance 2MW, fonctionnant 2 500 h/an quivalent pleine puissance,pour un vent dont la vitesse moyenne est de 7 m/s.

(3) Avec 1 kW/10 m2, et un rendement annuel moyen de 1 MWh/10 m2.

Thermonuclaire : 0,9 racteur REP 1450 MW (type Chooz)Eolien : 2 000 oliennes (2)Photovoltaque : 10 millions d'installations de 10 m2, (3)

Biomasse : 16 millions de tonnes de boisThermique Charbon : 3,5 millions de tonnes

flamme Ptrole : 2,2 millions de tonnesGaz : 1,6 milliard de m3


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Parc de production nuclaire, en 2008 :

Source : Observatoire de l'nergie.


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La France possde trs peu de ressources d'origine fossiles (comme le gaz et lecharbon) et est donc dpendante des importations pour la production d'lectricit partir de ces nergies. C'est grce la production d'lectricit d'originenuclaire (environ 78% de la production nationale) que la France peut assurer sonindpendance nergtique.

Production dnergie lectrique

Il existe diffrents moyens de produire l'lectricit, suivant l'nergie utilise :

RenouvelablesL'lectricit est produite partir de sources d'nergies renouvelables,que la nature renouvelle en permanence : l'eau, le vent, le soleil, lachaleur du sous-sol, la matire organique (bois, dchets, ).

NuclaireL'lectricit est produite partir d'une source d'nergie fissile :l'uranium, un minerai contenu dans le sous-sol de la Terre.

ThermiqueL'lectricit est produite partir de sources d'nergies fossiles,des lments contenus dans le sous-sol de la Terre : le charbon, le fioul(issu du ptrole) et le gaz.

Source:http://www.edf.com

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E (TWh)

1970 1980 1990 2000 20102005

100

0

200

300

400

Anne

500


Production nette en France, de 1970 2006 :

2


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Production en France, en 2006 :

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Production nette dlectricit nuclaire en France, de 1960 2007 :E (TWh)

La mise en place du programme lectro-nuclaire, partir de 1974, a permis une substitutionmassive de l'nergie nuclaire au fioul pour la production d'lectricit. La monte en puissancede la production nuclaire (de 15 TWh en 1973 440 TWh en 2007) s'est donc accompagned'une rduction de la production thermique classique. En 2007, elle n'atteint que 62 TWh, soit

environ 50 % de son niveau de 1973 et repose majoritairement sur des centrales au charbon.



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Potentiel thorique de production en France, en 2006 :

Rappel: Dfinition de lnergie: E(J) = P(W).t(s)

Units:1 J = 1 W.s, 1 W.h = 3600 W.s = 3,6 kJ1 kW.h = 3,6 MJ, 1 MW.h = 3,6 GJ, 1 GW.h = 3,6 TJ.

instantane0

( ). .ut

u E P t dt P t = =

48556%

860

prod

th

E

E

= = =

Pourquoi ?Variation des besoins instantans,

disponibilit et maintenancedes moyens de production

181512

9

63

Exa (E)Peta (P)Tera (T)Giga (G)

Mga (M)Kilo (k)

Puissance installe:

Pi = 98,2 GWEnergie "productible thoriquement":

Eth = Pi.t = 98,2.109365243600 = 31.1018 W.s = 31 EJEth = Pi.t = 98,2.10936524 = 860.1012 W.h = 860 TW.h

Energie "produite en pratique":Eprod = 485 TW.h

Rapport entre "production en pratique" et "productible thoriquement":

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Production dnergie lectriqueE (TWh)

2


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Anne 1973 1979 1985 1990 2000 2005 2006 2007Production brute 182 241 344 420 541 576 575 570Hydraulique, olienet photovoltaque 48 68 64 58 72 58 64 68Thermique nuclaire 15 40 224 314 415 452 450 440Thermique classique 119 134 56 48 53 67 60 62

Solde des changes -3 6 -23 -46 -69 -60 -63 -57Importations 5 16 6 7 4 8 9 11Exportations -8 -11 -29 -52 -73 -68 -72 -68Pompages - -1 -2 -5 -7 -7 -7 -8Consommation desAuxillaires -8 -10 -16 -20 -24 -26 -26 -25

Consommation 171 236 303 350 441 483 478 480

Production brute en France, de 1970 2007 :E (TWh)



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Linterconnexion du systme lectrique franais avec les pays dEurope:

Flux dnergie lectrique3

Linterconnexion permet :

un systme plus robuste,

une capacit dchangesplus grande entre rseaux,

une assistance mutuelleentre partenaires.


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changes physiques d'lectricit avec l'tranger: en 2007

Flux avec les pays voisins:

Production Consommation = Exportation ou Importation selon le signe (+/).

Source :Observatoire de l'nergie.

Flux dnergie lectrique3



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Flux dnergie lectrique

Quel est le rapport entre consommation et production lectriques ?

Flux avec les pays voisins:

Production Consommation = Exportation ou Importation selon le signe (+/).

-2%

0%

2%

4%

6%

8%

10%12%

14%

16%

1973 1979 1985 1990 1995 1999 2000 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Fluxd'lectricit


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Premire approche:La puissance dissipe par effet Joule est lie la rsistance R du

conducteur lectrique et lintensit I par laquelle il est parcouru.

Dissipation par effet Joule:

PJ = R.I2soit PJ = R.(P/U)2

La rsistance R du conducteur lectrique et la puissance P de linstallationtant fixes, les pertes par effet Joule PJ sont proportionnelles 1/U2.

En consquence, la haute tension permet de limiter les pertes par effet Joule.

Alimentation des installations de puissance:P = UI

soit I = P/U

RI

U

Pourquoi transporter lnergie lectrique haute tension ?

Pertes lectriques4


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Modle de ligne HT :

Pertes lectriques4

Modlisation des pertes en ligne :On peut reprsenter une ligne THT par le schma quivalent suivant :

2 2

2 2A B

C CQ U U

= +

R : rsistance des conducteursX : inductance de ligneC : capacit homopolaire de la ligne

Pour une ligne 400 kV :

R 3 / 100 kmX 30 / 100 kmC 1,2 mF / 100 km soit environ 60 MVAR / 100 km :


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Modle de ligne HT :

Pertes lectriques4

Les chutes de tensionSi on examine le cas trs simple d'une charge alimente par une source detension constante, travers une ligne (cf. schma ci-dessous),

on peut crire de faon approche, que la chute de tension dans la ligne donnepar V= V1 V2, induite par les flux de puissance active et ractive (P et Q)appels par la charge, est gale :

2

P XQVV

+ =


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Pertes lectriques

Quelles sont les pertes de transport et de transformation lectriques ?

5,0%

5,5%

6,0%

6,5%

7,0%

7,5%

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

Perte

slectriques


Les pertes lectriques reprsentent aujourdhui 5,5 6% de lnergie lectriquetransporte depuis lunit de production et le consommateur.

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Le systme lectrique franais est un ensemble de plus de 100 GW depuissance installe et qui dlivre la pointe plus de 80 GW; il comprend :

un parc de production de plus de 100 GW, compos de plusieurscentaines de groupes (hydrauliques, thermiques classiques ou nuclaires, ).Ces groupes sont eux-mmes des ensembles complexes de gros matriels depuissance, mais aussi dorganes de rgulation et de protections ;

une centaine de milliers de kilomtres de lignes ariennes ou de cblessouterrains et plusieurs milliers de postes HTB formant un rseauinterconnect fortement maill, qui permet des transits de puissance importants.L encore, outre les matriels de puissance (lignes, transformateurs, organes de

coupure, ), il faut considrer un grand nombre de protections et dautomates ;

Organisation des rseaux5

Le systme lectrique :


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plusieurs milliers dinstallations de clients, directement raccordes sur lesrseaux HTB, ou alimentes par des rseaux de tensions infrieures relis cesmmes rseaux. Elles prsentent diffrents types de besoins (courbes decharge, puissance de court-circuit, ...). Elles peuvent tre des sources deperturbations et prsenter des comportements dynamiques trs diffrents lorsdes variations importantes de tension et/ou de frquence rencontres au coursdes incidents ;

un centre de conduite national (CNES) et sept centres de conduitergionaux (URSE) exploitant, chacun dans sa zone daction et conformment ses responsabilits, le systme lectrique ; outre les interventions desoprateurs, des rgulations centralises sont mises en uvre pour rgler la

frquence et les changes avec les gestionnaires de rseaux de transportvoisins, et la tension sur des zones plus ou moins vastes. Ces multiplescomposants en interaction permanente, sous le contrle doprateurs humainset dautomates, constituent un ensemble complexe et fortement boucl ; il doittre conu et exploit de manire cohrente ; cest la dimension systme.

Le systme lectrique :


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HTB2/HTB3: 225/400 kV(20 000 km)

Centrale lectrique

Organisation des rseaux

Le rseau de distribution comporte diffrents niveaux de tensions lis la puissance distribuer, en lien avec la proximit dune centrale lectrique.

Rseau de transport

Rseau de rpartition

Rseau de distribution

Client

HTB1: 63/90 kV(53 000 km)

HTA: 20 kV; BTA: 400 V(586 000 km; 654 000 km)

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Rseau de transport:


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Rseau de rpartition:



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Rseau de distribution:



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Source:http://www.rte-france.com/htm/fr/mediatheque/schema.jsp

volution du rseau RTE avec la consommation:


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Longueurs totales des files de pylnes de lignes arienneset de liaisons souterraines en 2002:

Liaisons13 142 km

23 406 km49 074 km

Circuits20 906 km

28 525 km59 141 km

Tension400 kV

150 / 225 kV63 / 90 kV

Nombre166728

2923

Circuits2631201

74

Tension400 kV

150 / 225 kV

63 / 90 kV

Nombre de postes de transformation en 2002 :

Puissance118 771 MVA107 533 MVA

2 479 MVA


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Source:http://www.rte-france.com


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volution du rseau rapporte la consommation:


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La consommation totale d'lectricit en 2006 en France est de 478 TWh.

En 30 ans, elle a t presque multiplie par 3.

volution de la consommation d'lectricit:

6 Consommation


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Le rsidentiel et le tertiaire consomment la majeure partie (65%) de cettelectricit et ce, avec une progression constante. Lindustrie consomme aussiune part significative (30%), en lgre rgression.

Rpartition de la consommation d'lectricit en 2005: 482 TWh

6 Consommation

6 C i


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Le dcoupage entre rsidentiel (Domestique) et le tertiaire (Tertiaire+Energie)permet bien de retrouver la majeure partie (32 + 26 + 7=65%) de llectricit .Lindustrie consomme aussi une part significative (31%), en lgre rgression.

Rpartition de la consommation d'lectricit en 2002: 449 TWh

6 Consommation

D la connaissance encore insuffisante des diffrents usages spcifiques dellectricit dans le rsidentiel et le tertiaire et de leur volution, un accord decollaboration entre RTE et lAdeme a pour but daffiner la connaissance de cesusages, afin damliorer la robustesse des prvisions en nergie.

6 C ti


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Industrie: Consommation d'lectricit lie aux moteurs lectriques

6 Consommation

Dans l'industrie, 70% de la consommation d'lectricit est ddie aufonctionnement des moteurs lectriques.

Source :

Guide technique du programmeeuropen Motor Challenge.

Dans ces 70%, 30% sont utiliss pour la compression d'un fluide, 20% servent

au pompage d'un fluide, 13% sont utiliss par systmes de ventilation et 37%sont ddis aux systmes d'entranements.

Source :Guide technique du programme

europen Motor Challenge.

Il existe aujourd'hui des technologies de moteurs qui utilisent l'nergie de manire

rationnelle et permettent par la mme occasion de rduire la facture d'lectricit.

6 C ti


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Consommation finale corrige dlectricit en France, de 1970 2007 :

E (TWh)

6 Consommation


6 Consommation


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Cycle annuel:

7 TWh/semaine en t

10 TWh/semaine en hiver

E (TWh)

10,5

10,0

9,5

9,0

8,5

8,0

7,5

7,0

6,5

6,0

5,5

P (GW)

60

55

50

45

40

35

Semaines

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52


6 Consommation

6 Consommation


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Cycle hebdomadaire: en t

50 MW vers 13h

40 MW vers 04h


6 Consommation

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Cycle journalier: en hiver, le Mercredi 08 janvier 2003

83 MW vers 19h

66 MW vers 05h


6 Consommation

6 Consommation


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Cycle journalier: en automne, le Mercredi 05 novembre 200872 MW vers 19h (prvision)49 MW vers 04h (prvision et ralisation)


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6 Consommation


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Cycle annuel et horaire: 3me Mercredi de chaque mois, en 200630 MW vers 04h en aot (minimum)90 MW vers 20h en dcembre (maximum)

Source:http://www.ucte.org

P (GW)

6 Consommation

6 Consommation


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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

10

20

30

4050

60

70

80

90

100

Mois (mois)

P(G

W)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 240

10

20

30

4050

60

70

80

90

100

Heure (h)

P(G

W)

Cycle annuel et horaire: 3me Mercredi de chaque mois, en 2006

30 50 GW en aot (minimum)60 80 GW en dcembre (maximum)

30 65 GW 04h (minimum)40 80 GW 19h (maximum)

Quelques ordres de grandeur:Pmin = 30 GW, Pmoy = 60 GW , Pmax = 80 GW et Pinstalle = 100 GW

Source:http://www.ucte.org

6 Consommation

Rfrences


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Organisation de coordination et de rpartion europenne:http://www.ucte.org/

Rfrences

Production et consommation:http://www.insee.fr/fr/themes/tableau.asp?ref_id=NATTEF11309

Le stockage des nergies intermittentes:http://www.cea.fr/content/download/3159/15055/file/136a138couffin.pdf

Rpartition de la consommation lectrique:http://www.edf.com/html/panorama/transport/consommation.html

Consommation journalire:http://www.rte-france.com/htm/fr/vie/courbes.jsp

Consommation des pays europens:http://www.ucte.org/_library/statsconsumption/e_consumption_2007.pdf

Rfrences


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Rfrences

Lnergie en France: de 2006 2008http://www.industrie.gouv.fr/energie/statisti/pdf/reperes.pdfhttp://www.ofme.org/bois-energie/documents/Energie/Reperesenergies2007.pdfhttp://www.ofme.org/bois-energie/documents/Energie/Reperesenergies2006.pdf

L'nergie nuclaire en France:http://www.ambafrance-dz.org/IMG/Energie_nucleaire.pdf

Documents

Production, Réseau et Consommation