2
Contenu de l’option� 30 heures = 7 fois 4h + 1 séance de 2 heures
� Cours par module de 2 heures
� Travail personnel en binôme
� Exposés avec présentation par vidéoprojecteur
20 à 30 minutes (~3 à 4 groupes en 2h)
Rencontres préparatoires en S28, S29 et S30
Soutenances en S32, 33 et 34 ?
3
Visite centrale� A priori en dehors des heures de cours (journée)
� Peut-être à la fin du semestre…
� Centrale Nucléaire ou Thermique à flamme
4
Thèmes des exposés :� Chimie du nucléaire classique, bilan
� Déchets nucléaires
� Démantèlement des centrales nucléaires
� La surgénération en question
� La fusion contrôlée
� L’énergie éolienne dans le monde
� L’énergie solaire dans le monde
� L’hydrogène, nouvelle source d’énergie
5
Suite des thèmes :� La nouvelle génération d’alternateurs
� Les turbines pour centrales hydrauliques
� L’enfouissement des lignes (B.T. et H.T.)
� Les transformateurs de fortes puissances
� Le véhicule électrique : quelle source d’énergie ?
� Le stockage de l’énergie en équipement embarqué
� La traction électrique
� Les éoliennes de grande puissance
6
Suite des thèmes 2 :� Les installations électriques domestiques
� Les régimes de neutre
� Le stockage de l’énergie
� Les barrages, l’énergie hydraulique
� Les centrales thermiques
� Les centrales nucléaires
� Les lignes à isolation gazeuse
� La coupure du courant, l’arc électrique
� Pollution harmonique et compensateurs statiques
7
Suite des thèmes 3 :� La sustentation magnétique
� Les protections des personnes
� Energie et gaz à effet de serre
� L’épuisement des sources fossiles
� L’alternative au nucléaire en France
� Les grands groupes de production d’électricité
� Les groupes de fabrication de matériel électrique
8
Suite des thèmes 4 :� La réorganisation d’EDF et RTE� Le plan de sortie du nucléaire en Allemagne� La liaison France-Angleterre en CC
� Simulation de cette liaison� Technologie des câbles électriques
� Production du carburant « vert »� La pile à combustible
� Les énergies renouvelables
9
Suite des thèmes 5 :� Les différents types de batteries� Les lignes haute tension
� Simulation ou animation sous mathlab, Simulink soit d’un sujet précédent, soit d’un TD ou d’un sujet du cours de Conv
� Présentation de PowerPoint� Tous sujets liés à l’énergie, l’électricité,la
simulation, l’animation, la présentation par vidéo projecteur …
10
Plan du cours :� Différentes formes d’énergie
� Réserve d’énergie dans le monde
� Consommation d’énergie dans le monde
� Consommation en Europe et en France
� Modes de production de l’énergie électrique
� Stockage de l’énergie électrique
� Les différents types de centrales
� Réseaux de transport de l’énergie électrique
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L’énergie, plusieurs aspects :
ScientifiquesSources, stockage, transport, conversion, …
EconomiquesPrix, taxes, projection dans le futur, …
PolitiquesIndépendance énergétique, acceptation du public, …
EnvironnementauxPollution locales, globale, gestion des déchets, …
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Ordres de grandeur, unités, exemples
Chaleur : Il faut 1000 calories soit 4180 joules pour chauffer de 1°C un kg d’eau
Mécanique : Il faut 4000 J pour élever de 4 m un poids de 1000 newtons(soit une masse d’environ 100 kg dans le champ de pesanteur terrestre à 10 m/s²)
Rayonnement :En plein soleil, une surface noire de 1 m²capte, en une seconde, 1000 J
L’unité du Système International est le JOULE1 kWh = 3600 000 J
W = F.d1000 N 4 m
W = c.M.∆∆∆∆T4180 J/kg/°C
pour l’eau1 °C1 kg
Symbole de l’énergie
13
Puissance et énergie
La puissance, c’est le débit d’énergie :
Exemples:- pour échauffer 1 kg d’eau, de 1°C, en 1 seconde :
il faut 4180 watts (4,18 kW)
- pour lever 1000 N (environ 100 kg), à 4 mètres, en 1 seconde :il faut 4 kW
t
WP=
P en watts (W) et W en joules (J)t en secondes
14
Puissance et énergie
Réaliser des travaux énergétiques plus rapidementnécessite une puissance plus élevée
t
WP=
Exemple CHAUFFE EAU
Pour réchauffer, de 50°C, 300 litres d’eau (soit 63 MJ) en
en une nuit de 8 heures (28 800 secondes):il faut 2,18 kW
Pour réaliser cette opération en 2 heures, il faudrait 4 fois plus de puissance : 8,8 kW !
15
Différentes formes d’énergie dans le monde
Définition : énergie primaire
� Constituée de toutes les sources énergétiques non transformées disponibles dans la nature,
� Elles se subdivisent en énergies épuisables et énergies renouvelables
16
LE FEU à partir du bois ou d’huile : il a servi à presque tout.
LA FORCE ANIMALE (bœufs, chevaux, chiens...)
L’EAU des rivières et des marées (moulins, forges...)
LE VENT (pompes, moulins...)
Les sources primitives d’énergie
Toutes des énergies renouvelables !
17
COMBUSTIBLES FOSSILEScharbon, pétrole, gaz naturel
Les sources« modernes » du 20èmesiecleet les vecteurs
FISSION ATOMIQUE (uranium)
Vecteur moderne de l’énergie : ÉLECTRICIT É
« Énergies primaires »
Et peut-être bientôt :HYDROGENE
18
Énergieprimaire
� Charbon� Pétrole� Gaz naturel� Nucléaire
(uranium)
Primaire renouvelable
� Hydraulique� Eolienne� bois et déchet de bois� Biomasse� biogaz� déchets urbains� Géothermie� Solaire thermique� Photovoltaïque
19
Définition : énergie secondaire� C’est l’énergie après transformation de l’énergie
primaire
� Stade des conversions et du transport de l’énergie, éventuellement de son stockage
� la production d’électricité est prépondérante à ce niveau
� mais aussi le raffinage du pétrole, la production de vapeur industrielle et la production d’hydrogène, (appelé à devenir un vecteur énergétique majeur)
� Le rapport de l’une sur l’autre est le rendement de la transformation
23
Notions de conversion d’énergieet de rendement énergétique
L’énergie ne se perd pas, elle se transforme ou se convertit
Lors d’une conversion, une partie de l’énergie est «dissipée» en chaleur
chaleur
Énergie mécanique
Carburant
Moteur à explosion
Exemple : moteur thermique à explosion pour la propulsion d’une voiture
Transmissionmécanique
Pertes par frottements chaleur
Énergie mécaniquetransmise aux roues
fournie
utile
W
W=ηRendement
Chaleur !
utileWfournieW
24
� Électron-Volt = 1,6.10-19 Joule
� Calorie = 4,18 Joule
� KiloWatt-Heure = 3,6 MJoule
� TEP : tonne équivalent pétrole = 42 GJoule� = 11,7 MWh
� 1 MWh = 0,0857 tep
Unités d’énergie :
25
� 1 tonne charbon (tec) = 0,697 tep
� 1 000 m3 gaz naturel = 0,857 tep
� 1 tonne gaz liquide = 1,096 tep
� 1 tonne uranium naturel = 10 000 tep
Équivalence énergétique des combustibles fossiles
26
� 1 000 kWh électricité primaire hydraulique= 0,0857 tep (valeur énergétique directe)
� 1 000 kWh électricité primaire nucléaire= 1 MWh = 0,222 tep
(quantité de pétrole pour produire 1 MWh d’électricitédans une centrale moderne. Avec un rendement de
0,385 , on obtient 1 MWh = 0,222 tep)
Équivalence énergétique des combustibles fossiles
27
Plan du cours :
� Différentes formes d’énergie
� Réserve d’énergie dans le monde
� Consommation d’énergie dans le monde
� Consommation en Europe et en France
� Modes de production de l’énergie électrique
� Réseaux de transport de l’énergie électrique
� Les différents types de centrales
28
D’où vient l’énergie ?� La majeure partie vient du solaire :
réactions thermonucléaires
� Gravitation
� Radioactivité terrestre
29
«« EpuisablesEpuisables»»
rr ééserves exploitablesserves exploitablesdurées au rythme actuel de consommation
FOSSILESPétrole : 2.1015 kWh soit 40 à 50 ans Charbon : 8.1015 kWh soit 220 ans Gaz naturel : 1,2.1015 kWh soit 60 ans
NUCLÉAIREFission (U 235): 600.1012 kWh soit 50 à 60 ansSurgénérateurs (U238): 80.1015 kWh
Fusion (deutérium et tritium): 80.1015 à 1021 kWh quasi-inépuisablemais encore très incertain (pas avant 100 ans)…
Ressources énergétiques non renouvelables LIMITEES
30
noyaunoyau
terreterre
300 1012 kWh
Ressources énergétiques renouvelables de la planète terre(chiffres annuels)
sole
ilso
leil
1600 1015 kWh
30%directement
ré-émis dans l’espace
lunelune
25 1012 kWh
marées
45%transformés en chaleuret directement rayonnés
25%convertis en
surface etdans l’atmosphè re
- cycles hydrologiques(88%) 350 1015 kWh- vents, houle(8%) 32 1015 kWh- photosynthèse(0,24%) 1015 kWh
Réf. : activités humaines :140.1012 kWh
31
Le soleil :� Rayon : 696 000 km (terre 6400 km)
� Masse : 2 1030 kg
� Température de surface : 5780 K
� Température interne : 16 millions K
� 71% H , 27% He et 2% autres
� Age : 4,55 milliards d’années (reste à peu près
autant)
� Énergie libérée : 0,2 mW/kg soit 10 000 fois moins que le métabolisme humain
32
Le charbon� Le charbon s’est formé à partir du carbonifère (-350 millions
d’année) à partir de végétaux engloutis sous les mers. Le plus riche : anthracite, puis houille, lignite, tourbe, …
� 1 000 ans avant J.C. les chinois utilisaient le charbon pour cuire la porcelaine
� Au 12ème siècle, le bois est cher mais le charbon est peu utilisé: il est sale, sent le souffre, attaque les poumons, le rois d’Angleterre l’interdit, la Sorbonne est contre …
� Au 17ème, on lève les interdits car le bois se fait rare
33
Le pétrole� Le pétrole s’est formé à partir du plancton qui,
lorsqu’il meurt se dépose au fond de la mer. On le trouve dans des roches poreuses
� Connu dans l’antiquité : « huile de pierre »
� 1859 : premier puit de pétrole (Drake)
� Le pétrole représente 38% de la consommation totale (260 Mtep) énergétique en France (principalement les transports)
34
Le gaz� Essentiellement constitué de CH4
� Une des énergies les plus intéressante pour produire de l’électricité : avec les centrales à cycle combiné(turbine à combustion + turbine à vapeur) rendement
de + de 50%
� Le gaz est le combustible qui dégage le moins de C02
par KWh produit (2 fois moins que le charbon)
� Entre 1960 et 1997, la consommation française a été
multipliée par 13
35
Réserves et production de combustibles fossiles dans le monde
réserves prouvéesfin 1999
(ultimes estim ées…)
Production1999
Durée de vie
statique
Pétrole 140 Gtep(500 Gtep) 3,2 Gtep 41 ans
Gaz 146 Tm3 = 125 Gtep(500 Gtep) 2 Gtep 62 ans
Charbon, lignite
498 Gtep(3 400 Gtep) 2,1 Gtep 230 ans
36
réserves Durée de vie
Pétrole 140 Gtep 41 ans
Gaz 146 Tm3125 Gtep 62 ans
Charbon, lignite 498 Gtep 230 ans
Uranium (réacteur à eau) 80 Gtep
Uranium (en surgénérateur) 8 400 Gtep
Tous les combustibles fossiles
37
réserves
Hydrate de m éthane + de 1 000 Gtep
Thorium(cycle identique à celui de l’uranium) Considérables …
Hydrogène (fusion) Infinies …
Autres combustibles fossilesnon utilisables aujourd’hui
38
Répartition des réservesénergétiques fossiles
en % par 100 millions d’habitants
Amérique du Nord 6,2
Amérique du Sud 0,8
Europe 2,1
Ex-URSS 8,9
Afrique 1,2
Moyen-Orient 12,4
Asie - Océanie 0,8
Valeur moyenne 1,8
39
Réserves de pétrole
0 5 10 15 20 25 30 35 40
ARABIE SEOUDITE
IRAK
KOWEIT
IRAN
ABOU DHABI
VENEZUELA
EX URSS
MEXIQUE
USA
CHINE
LYBIE
en Gtep
40
Réserves de charbon
0 50 100 150 200 250 300
EX URSS
USA
CHINE
AUSTRALIE
ALEMAGNE
INDE
AFRIQUE DU SUD
POLOGNE
en Gtep
41
Réserves de gaz
0 10 20 30 40 50 60
EX URSS
IRAN
ABOU DHABI
ARABIE SEOUDITE
USA
ALGERIE
VENEZUELA
NORVEGE
MEXIQUE
PAYS BAS
en Gtep
42
Plan du cours :
� Différentes formes d’énergie
� Réserve d’énergie dans le monde
� Consommation d’énergie dans le monde
� Consommation en Europe et en France
� Modes de production de l’énergie électrique
� Réseaux de transport de l’énergie électrique
� Les différents types de centrales
43
Evolution des sources d’énergie
< 19ème siècleBois, hydraulique, éolien, traction animale, …
19ème siècleCharbon, machine à vapeur, …
20ème sièclePétrole, gaz, nucléaire, …
44
pétrole 34%
hydraulique 7%
biom asse 12%
nucléaire 6,5%
gaz nature l 18,5%
charbon 22%
Répartitionde la consommation mondiale ≅≅≅≅ 140.1012 kWh ou 12 Gtep(par an)
Fossiles : 3/4
Renouvelables : 19%
45
Répartition par secteursde la consommationmondiale
Production d'électricité 30%
Résidences et bureaux 27%
Industrie 26% Transports 17%
46
Quelques ordres de grandeur
1 Tep � � 10 MWh (primaire)Mais 5 MWh électrique (secondaire) , rendement
1 centrale � � 1000 MWConsommation 200 tonnes (Tep) à l’heure
Production électrique en France 100 MTep par an = 108 Tep par an
365 jours x 24 heures = 8 760� 104 Tep / heure � 5 104 MWh /heure � Soit 50 GW 24h sur 24 en moyenne
47
Photovoltaïque 100 kilomètres carrés (rendement : 10%, éclairement moyen 100 W/m²)
Éolien 5 600 éoliennes (disponibilité de 30 %, Mer du Nord)
Charbon 2 600 000 tonnes
Pétrole 1 800 000 tonnes
fission nucléaire 25 tonnes d’uranium enrichi à 4 %(150 tonnes d’uranium naturel)
fusion thermonucléaire 100 kg de deutérium et 150 kg de tritium
Pour produire 1 000 mégawattsélectriques pendant un an, il faut :(France, 60 fois en moyenne 24h/24h x365)
48
Évolution de la consommationmondiale d'énergie
depuis 1850
projections jusqu’en 2100(trois scénarios hors énergies nouvelles)
En insert, évolution de la population mondiale
49
Croissance de la population humaine,
corrélation à la Consommation énergétique
?
1 million
10 millions
100 millions
1 milliard
10 milliards
- 100 000 - 10 000 - 1 000 1 000 10 000
1840
annéean 1
habitants2000
2050-2100
10 000 000 GW
an 1
1 GW
10 GW
100 GW
1000 GW
10 000 GW
- 100 000 - 10 000 - 1 000 1 000 10 000année
1840
100 000 GW
1000 000 GW
Puissance moyennerayonnée par le soleil
2000 ?
1 : 8000 1 : 1000 ?
51
Réserves et production de combustiblesfossiles dans le monde (rappel)
réserves prouvéesfin 1999
Production1999
Durée de vie
statique
Pétrole 140 Gtep 3,2 Gtep 41 ans
Gaz 146 Tm3 = 125 Gtep 2 Gtep 62 ans
Charbon, lignite 498 Gtep 2,1 Gtep 230 ans
53
100
200
300
400
01900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
biomasse
charbon
pétrole
10 kW.h12
gaz naturel
hydrauliquenucléaire
éolienne
SOURCES
biomasse cultivée
solaire
géothermie océans
La croissance de la consommation et les sources envisagées…
vue par un pétrolier (Shell) !
reno
uvel
able
sno
n re
nouv
elab
les
56
Plan du cours :
� Différentes formes d’énergie
� Réserve d’énergie dans le monde
� Consommation d’énergie dans le monde
� Consommation en Europe et en France
� Modes de production de l’énergie électrique
� Réseaux de transport de l’énergie électrique
� Les différents types de centrales
62
Structure de la consommation d’énergie primaire en Europe
Total > à 100% en France en raison des exportation d’électricité
74
Le cours de l’uranium :également instable
Les cours des matières premières énergétiques fluctuent et affectent économie et stabilité politique…
Et le prix du gaz naturel est indexésur celui du pétrole…
Le baril de pétrole brut : la référence67 $ fin août 2005
Annonce de l’entrée de la Chine et de l’Inde dans les consommateurs d’uranium…+ 50% en 2004
Coût de référence EPR
Sept 2006Prix au comptant de 50 $
75
Plan du cours :
� Différentes formes d’énergie
� Réserve d’énergie dans le monde
� Consommation d’énergie dans le monde
� Consommation en Europe et en France
� Modes de production de l’énergie électrique
� Les différents types de centrales
� Réseaux de transport de l’énergie électrique
76
Consommation d’énergie primaire pour la production d’électricité
nucléaire 17%
hydraulique 19%
géothermie éolienne et autres 2%
thermique "fossile" 62%
Autre avantage de l’hydroélectricité : stockage aiséde l’énergie
Situation mondiale
78
à suivre …Rejets gazeuxdus à la combustion des produits carbonés
Pour produire 1 kWh électriquesoit 20 litres d’eau chaude (+40°C)
- charbon classique: 1 kg de CO2- gaz cycle combiné: 0,3 kg de CO2
Pour parcourir 10 km en voiture : 2 kg de CO2
79
Les « nouvelles »sources renouvelables d’électricité
Remarque: annuellement en Europe
1 MW éolien donnent environ 2,4 GWh1 MW solaire environ 1,2 GWh1 MW nucléaire environ 7 GWh
Eoliennes: déjà plus de 50 000 MWcroissance de 30 % par an0,6% de la production mondiale d’électricité
140 000 MW prévus en 2010(2,5% de la production mondiale d’électricité)
offshore
Photovoltaïque: environ 4000 MW installéscroissance de 30 à 40% par an
Encore marginal (0,02%)
mais très prometteur au-delà de 2050
80
Directive européenne sur la part des énergies renouvelables
au niveau primaire : de 6 à 12%en électricité finale : de 14 à 22%
(1990 à 2010)
82
HISTORIQUE� en 1951 aux Etats-Unis un petit réacteur expérimental
produit de l'électricité� années 60, premières centrales commerciales
(Royaume-Uni, Union Soviétique, Etats-Unis, France)� centrales nucléaires dans 32 pays , 17% de
l'électricité produite dans le monde : Lituanie (85,8%), France (77%), Belgique (54,8%), Suède (50%), Bulgarie (47,5%), Slovaquie (54%), Ukraine (44%), Suisse (43%), Hongrie (41%)
� Au total, dans 18 pays, l'énergie nucléaire couvrait plus du quart des besoins en électricité.
83
Etat des lieux en France� en 1973 premier choc pétolier� la facture pétrolière passe de 14,4 milliards de francs
à plus de 134 milliards de francs
� 58 réacteurs à eau pressurisée (REP ou PWR) : - 34 tranches de 900 MW
- 20 tranches de 1 300 MW- 4 tranches de 1 450 MW + EPR +EPR
� aujourd’hui, couvre plus des trois-quarts de besoins en électricité
84
Le combustible� L'uranium, à l'état naturel ou légèrement enrichi par
son isotope 235� Le plutonium (fission transformations de l'uranium),
peut être défini comme un combustible nucléaire)� exploitation minière « complexe» car poussières et
radon (gaz radioactif)
� réserves françaises importantes (Forez, Vendée, Limousin, Hérault)
� la Cogéma est parfois l'opérateur de certaines mines d'uranium à l'étranger (Canada, Gabon, Niger)
85
Le traitement du minerai� La teneur en uranium des minerais est faible (1 à 5 kg
par tonne)� Opérations physiques et chimiques pour obtenir un
concentré, poudre jaune appelée "yellow cake" dont la teneur en uranium est d'environ 75 %
� différentes opérations chimiques pour avoir un oxyde d'uranium pur, puis réaction à l'acide fluorhydrique de manière à obtenir du tétrafluorure d'uranium (UF4).
� Préparation de l'uranium métal (réacteurs des filières à uranium naturel) ou de l'hexafluorure d'uranium (UF6) destiné à l'enrichissement
86
L'enrichissement de l'uranium
� Dans l'uranium naturel, deux isotopes : l'uranium 238 (99,3% ) et l'uranium 235 (0,7% )
� Seul l'uranium 235 est fissile� La plupart réacteurs nucléaires fonctionne avec une
proportion d'uranium 235 de 3 % à 4 %
� Enrichissement par :- diffusion gazeuse de UF6 à travers de fines membranes, la molécule d'uranium 235 est plus légère et plus rapide- ultracentrifugation
87
La fabrication des combustibles� Transformation de l'hexafluorure d'uranium en oxyde
d'uranium, conditionné en pastilles cylindriques
� Empilage des pastilles dans des tubes métalliques appelés crayons à leur tour réunis et maintenus àl'aide de grilles pour former des assemblages
� Dans un réacteur de 900 MW : 157 assemblages de 264 crayons, 80 tonnes d’uranium, 11 millions de pastilles chacune équivalente à 2,5 tonnes de charbon).
� Dans les réacteurs à eau ordinaire, autre type de combustibles "MOX" (mélange oxyde) formés d'un mélange d'uranium appauvri et de plutonium.
89
réaction en chaîne� Sous l'impact d'un neutron, la fission d'un noyau
d'uranium dégage de l'énergie et produit 2 ou 3 autres neutrons
� Certains d'entre eux seront perdus ou absorbés dans la matière ; d'autres pourront rencontrer des noyaux d'uranium et causer à leur tour de nouvelles fissions
� Des neutrons seront encore produits et ainsi de suite. Cette réaction en chaîne a lieu dans le cœur du réacteur
� Elle y est entretenue et stabilisée grâce à un réglage fin du nombre de neutrons absorbés
93
fonctionnement d une centrale nucléaire
� Réaction en chaîne controlée en descendant ou en remontant dans le réacteur des barres de capables d'absorber les neutrons en excès dans le réacteur
� Dans le circuit primaire , l'eau s'échauffe dans la cuve au contact des assemblages de combustible
� Cette eau chauffe l'eau du circuit secondaire qui est transformée en vapeur
� Cette vapeur sous pression fait tourner la turbine qui entraîne l'alternateur produisant l'électricité
� Refroidissement dans le condenseur de l'eau du circuit secondaire (rivière, mer, tours de réfrigération)
95
Quelques chiffres, centrale 1450 MW� Cuve du réacteur : cylindre en acier, épaisseur 23 cm,
hauteur 14 m, diamètre 5 m, plus de 400 tonnes
� 4 pompes pour le circuit de refroidissement primaire, chacune hauteur 8,5 m, 116 tonnes, 24 500 m3/heure (la seine 110 000 m3/heure …), 10 MW
� 330°C en sortie de réacteur, 290 en entrée,155 bars� pressuriseur : épaisseur 13 cm, hauteur 14 m, 120 t
� 4 générateurs de vapeur, hauteur 22 m, diamètre 5 m, 420 tonnes
� Bâtiment en béton double enceinte du réacteur :
hauteur 63 m, diamètre 51 m, épaisseur 55 cm pour l’externe, 120 cm pour l’interne
96
centrale 1450 MW, suite� Turbine, longueur 51 m, largeur 13 m, 2800 tonnes
� sécheur-surchauffeur (fois 2), longueur 25 m, diamètre 5 m, 370 tonnes, 190°C , 10 bars
� Condenseur :longueur 37 m, largeur 22 m, hauteur 16 m, 1900 tonnes à vide,eau de refroidissement 48 m3/s
� alternateur :longueur 18 m, diamètre rotor 2 m,stator 4 m, masse
rotor 230 tonnes , stator 500 tonnes , tension 20 kV , courant 50 kA , 1500 tr/min alternateur
� transformateur : longueur 11 m, largeur 6 m, hauteur 9 m , 840 tonnes
97
centrale 1450 MW, autres …� Piscine du bâtiment combustible, longueur 13 m,
largeur 8 m, hauteur 14 m
� Salle de commande
� Bâtiment du groupe électrogène 7,5 MW
� Bâtiment de traitement des effluents, de stockage …
� Tours de réfrigération ,diamètre 136 m, hauteur 172 m
98
Plan du cours :
� Différentes formes d’énergie
� Réserve d’énergie dans le monde
� Consommation d’énergie dans le monde
� Consommation en Europe et en France
� Modes de production de l’énergie électrique
� Réseaux de transport de l’énergie électrique
� Les différents types de centrales
104
Quelques chiffres� L'air est un isolant imparfait, un arc
électrique lorsque la différence de potentiel dépasse une valeur critique
� la tenue diélectrique de l'air n'est pas linéaire
• 400 kV : distance critique 1 m• 1900 kV : distance critique 10 m• 3400 kV : distance critique infini
� 1500 kV semble constituer une valeur impossible à dépasser.
105
Quelques chiffres (2)
� un pylône 400 kilovolts (kV) pèse 50 tonnes (THT)
� un pylône 225 kilovolts (kV) pèse 30 tonnes (THT)
� un pylône 90 kilovolts (kV) pèse 10 tonnes (HT)
� 1 km de ligne 400 kV coûte 3 500 000FF
� 1 km de ligne 225 kV coûte 1 700 000FF
� 1 km de ligne 90 kV coûte 800 000FF
106
La consommation d’électricité
Raccordement client
% de la consommation Utilisateurs
basse tension (BT), puissance souscrite de 3 à 36 kVA
40% 24 millions de ménages artisans collectivitélocales
moyenne tension (MT), puissance de 36 à 250 kVA
32 % industriels collectivités services commerces PME
haute tension (HT), àpartir de 250 kVA de puissance souscrite
28 %600 entreprises grosses consommatrices d'électricité
110
Le réseau électrique THT 400 kV� 20 000 km de lignes
� réseau de grand transport et d'interconnexion entre les centres de production
� assure les exportations et importations d'électricitéavec les pays frontaliers (améliore la sécurité de fonctionnement l'Europe)
� La structure maillée garantit la continuité de l'alimentation en cas de défaillance d'une liaison
� Cette structure permet aussi à EDF de faire appel aux centrales les plus performantes
� dessert 600 grands clients : SNCF, RATP, industries chimiques, sidérurgiques et métallurgiques.
111
Le reste du réseau électrique� Les réseaux régionaux distribuent l'énergie en
fonction des besoins régionaux à travers 60 000 km de lignes THT (225 kV) et HT (63 et 90 kV)
� Les réseaux de distribution acheminent l'électricitédepuis le poste-source jusqu'au client final à travers des réseaux moyenne et basse tension
� 658 000 transformateurs relient les 590 000 km de lignes MT (20 kV) aux 630 000 km de lignes BT (380-220 V).
112
postes électriques haute et très haute tension
� 445 postes électriques à haute et très haute tension
113
Les transformateurs
� L'huile dans un transformateur sert à l'isolation et à la réfrigération (un transformateur 225/20 kV contient environ 25 m3 d'huile).
116
Protection de l'avifaune
� spirales colorées enroulées autour des câbles. lorsque le vent souffle, léger sifflement
118
PLANMotivations de l’enterrement des câbles de distribution et avancement du réseau souterrain
Composition des câbles souterrains
Problèmes technologiques lors de l’enterrement des câbles
Principales techniques de pose des câbles souterrains
Projection des technologies futures des réseaux de distribution avec :
- Les lignes à isolation gazeuse (LIG)- Les câbles supraconducteurs
119
Problèmes des lignes aériennes
Environnement et santéDégradation du paysageImpact sur la faune et la floreImpact sur la santé (champs BF)
Qualité du réseau et vulnérabilitéQualité de l ’énergie fournieVulnérabilité aux conditions
atmosphériques
120
Km de réseau
BT + MT
Part (%) de la moyenne
tension
Longueurde réseau(m/hab.)
Tauxd'enfouis-
sement
Pays-Bas 240 000 42% 17,8 100%
Allemagne 1 401 000 34% 17,1 70%
Royaume-Uni 749 000 50% 12,7 63%
Danemark 147 000 37% 28,1 63%
Belgique 173 000 38% 17,0 59%
Norvège 277 000 33% 61,8 36%
France 1 206 000 48% 20,0 29%
Italie 1 018 000 32% 17,8 28%
Autriche 122 000 47% 15,0 27%
Portugal 170 000 34% 18,0 18%
Suède NC
126
comportement électrique des câbles souterrains classiques
similitude avec des condensateurs disposés en parallèle
<< longueur d'aptitude au transport >> : distance pour laquelle la puissance transmissible décroît de 5%
les longueurs d'aptitude sont de l'ordre de 20 à 40 km
besoins du réseau imposent des distances de l'ordre de 100 km.
127
Problèmes technologiques rencontrés lors de l’enterrement des câbles
Les 2 problèmes technologiques sont :
- L’isolation électrique entre les câbles
- L’évacuation de la chaleur dégagée par les câbles
128
incidence du réchauffement des câbles
Cela entraîne une limitation sur:- La puissance maximale transportée par les câbles
- La durée de vie des câbles
Il faut donc contrôler le refroidissement des câbles
129
les câbles dégagent de la chaleur
le remblai s’échauffe
l’humiditémigre du sol
la résistance thermique du sol augmente
la température du sol augmente
Description du phénomène :
intensification des pertes
130
modélisation du problème:
H sl (ρ sl)
W b
H b
(ρ b)
S
L g
L
(ρ e)
atmosphère
terre
Couche superficielle
remblai
Solution: contrôler la résistance thermique entre les câbles et l’atmosphère
131
Terre
Tranchée
Câble
Hauteur remblai
Profondeurde pose
espacement
Remblai
Pose en pleine terreniveau du sol
132
Pose en fourreaux
Terre
Tranchée
CâbleProfondeur de pose
espacement
niveau du sol
Bloc de béton
Fourreau
133
Pose en caniveaux
Terre
Tranchée
CâbleProfondeur de pose
RemblaiCaniveau
Hauteur de
remblai
Niveau du sol
134
Pose en caniveaux
Terre
Tranchée
CâbleProfondeur de pose
RemblaiCaniveau
Hauteur de
remblai
Niveau du sol
135
•Les lignes à isolation gazeuse (LIG ou CIG)
•Les câbles supraconducteurs
Les nouvelles technologies