Optimisation du transport de l'électricité

« Optimisation du transport de l’électricité Introduction : L’électricité produite est transportée à travers un réseau électrique très dense de plusieurs centaines de milliers de kilomètres à travers la France.

L’homme cherche naturellement à transporter efficacement l’électricité des centrales vers les utilisateurs.

On peut donc se demander comment minimiser les pertes d’énergies au cours de ce transport.

Afin d’introduire notre exposé, nous vous avons préparer une vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=KstC2jRZJns I. LE TRANSPORT DE L’ELECTRICITE : Connaître l’utilisation de la très haute tension dans les lignes électriques pour limiter les pertes par effet Joule > la très haute tension, le réseau électrique et les pertes par effets joules Le réseau électrique assure le transfert de l'énergie électrique vers les utilisateurs par l'intermédiaire de lignes électriques.

Le réseau électrique est constitué du réseau de transport, du réseau de répartition et du réseau de distribution.

Le transport de l'électricité se fait en très haute tension (THT) et en haute tension (HT) sur de longues distances.

La répartition et la distribution de l'énergie électrique se font en moyenne tension (MT) et en basse tension (BT). Pourquoi les lignes électriques transportent-elles l’électricité en très haute ou haute tensions ? Le choix d'utiliser des lignes à haute tension s'impose dès qu'il s'agit de transporter de l'énergie électrique sur des distances supérieures à quelques kilomètres.

Une ligne à haute tension peut être assimilée à un conducteur ohmique de résistance R.

Le but est de réduire les chutes de tension en ligne, les pertes en ligne, et également d'améliorer la stabilité des réseaux. Lors du transport de l'électricité, de l'énergie est dissipée dans l'environnement. Le transport en haute tension de l'électricité permet de limiter les pertes par effet Joule.

Il correspond à l'énergie thermique associée au passage d'un courant dans un conducteur électrique.

Il ne dépend que de deux paramètres : la résistance et le courant. La puissance dissipée par effet Joule dans un conducteur électrique a pour expression : PJ =R×I2 Avec PJ en watts (W) : R la résistance du conducteur électrique en ohms (Ω) ; I l'intensité du courant en ampères (A). L'utilisation de la haute tension permet, à puissance transportée (P = U.I) équivalente, de diminuer le courant et donc les pertes.

En effet, on observe que les pertes par effet Joule sont beaucoup moins importantes lorsque la tension aux bornes de la ligne est plus grande.

On a donc intérêt, pour limiter les pertes, à utiliser des lignes à très haute tension.

Surtout que l’effet joule, en dissipant de l’énergie thermique, contribue au réchauffement climatique. (Par ailleurs, pour diminuer la résistance, aux fréquences industrielles, il n'y a que deux facteurs, la résistivité des matériaux utilisés pour fabriquer les câbles de transport, et la section de ces câbles.

À matériau de fabrication et section équivalents, les pertes sont donc égales, en principe, pour les lignes aériennes et pour les lignes souterraines.) Un conducteur de lignes à haute tension aériennes est constitué, au centre, d’acier qui assure la tenue mécanique du conducteur et, sur la périphérie, d’aluminium qui assure les propriétés de conduction électrique du câble minimisant la résistance électrique.

Les conducteurs ne sont pas protégés par une gaine isolante, c’est l’air environnant qui joue alors le rôle d’isolant. Une ligne de courant est constituée de deux conducteurs : dans l’un d’entre eux, le courant I circule du centre de production vers l’utilisateur, dans l’autre le même courant I circule de l’utilisateur vers le centre de production. L’électricité part d’une centrale électrique, sa tension est ensuite élevée dans un transformateur élévateur afin que l’électricité passe dans les lignes à haute tension.

Avant de rejoindre les consommateurs, la tension est diminuée par un transformateur abaisseur. Les lignes à haute tension font partie du domaine « haute tension B » qui comprend les valeurs supérieures à 50 kV en courant alternatif.

L'expression « très haute tension » est parfois utilisée.

Les tensions utilisées varient d'un pays à l'autre.

Schématiquement, dans un pays, on trouvera des tensions de l'ordre de 63 kV à 90 kV pour de la distribution urbaine ou régionale, de l'ordre de 110 à 220 kV pour les échanges entre régions, et de l'ordre de 345 à 500 kV pour les principales interconnexions nationales et internationales. Dans certains pays, comme au Québec, on utilise aussi du 735 kV, et même des tensions plus élevées comme en Chine (1 100 kV), Inde (projet 1 200 kV), Japon (projet 1 100 kV) et dans l'ex-URSS où des essais de transport en « ultra haute tension » ont été effectués en 1 500 kV — mais ce type de tension ne se justifie que pour un transport sur une distance de l'ordre du millier de kilomètres, pour lequel un transport en courant continu peut être une solution intéressante. Quant à notre région, le réseau électrique est structuré autour d'un axe nord-sud reliant Charleville-Mézières à Troyes via Reims et Châlons-en-Champagne: La ligne 400 000 volts Lonny Seuil-Vesle-Méry.

Cet axe est particulièrement sollicité tant pour alimenter les grandes agglomérations et les sites industriels de la région que pour évacuer la production régionale d'électricité. Au cœur de ce système, le poste électrique de Vesle alimente près de 700 000 habitants et les entreprises de la Marne, jusqu’au sud de l'Aisne (Soissons, Château-Thierry).

En ajoutant les territoires desservis depuis les postes de Seuil et de Lonny, cette ligne électrique alimente près d'un million d'habitants entre Charleville-Mézières et Reims. II. LES RESEAUX ELECTRIQUES : Modéliser un réseau électrique par un graphe orienté.

> le graphe orienté, la modélisation d’un réseau électrique par un graphe orienté Au cours de la journée, la demande en électricité varie en permanence, selon les horaires de travail, les besoins en chauffage, etc.

L’électricité produite par les centrales électriques doit s’ajuster en temps réel à la consommation des utilisateurs.

Pour cela, le réseau s’appuie sur des centres de répartition de l’électricité : les dispatchings.

Le dispatching est l’ensemble des actions liés au maintien de l’équilibre offre-demande, à la maitrise du plan de tension et des transits sur les réseaux nationaux et les interconnexions européennes.

Toutes les lignes électriques constituent un réseau électrique très dense de plusieurs centaines de millier de kilomètres à travers la France, depuis l’usine de production jusqu’au consommateurs. Un réseau de transport électrique peut être modélisé par un graphe orienté.

Un graphe orienté est un modèle mathématique formés de sommets et d’arcs. Chaque arc est associé à un couple de sommets et a un sens de parcours. Dans le cas d’un réseau électrique, les arcs représentent les lignes électriques et les sommets représentent les sources distributrices, les nœud intermédiaires et les cibles destinatrices. Source distributrice, pilônes de raccordements, cible destinatrice, ligne électrique Sommet = ronds , arc = flèches qui orientent le chemin de l’électricité Exemple : Par exemple, si on prend ce réseau électrique :    Le réseau de transport qui conduit l'électricité depuis les centres de production aux gros industriels et jusqu'aux postes électriques est celui où on a des lignes THT (400 kV et 225 kV). Le réseau de répartition qui conduit l'électricité depuis les centres de production aux gros industriels et jusqu'aux postes électriques est celui où on a des lignes de HT (90 kV et 63 kV) et MT (20 kV). Le réseau de distribution qui conduit l’électricité jusqu’aux consommateurs est celui où on a des lignes de BT (400 V et 230 V). Dans cet exercice, on nous demander de représenter seulement le réseau de distribution.

On peut ainsi modéliser ce réseau par un graphe orienté : ① repérer les sources, les cibles, puis les nœuds (à entourer de différentes couleurs) ②placer les différents composants : à gauche les sources, à droite les cibles et au milieu les nœuds ③identifier et orienter les arcs Ces graphes peuvent être utilisés dans d’autres domaines comme dans celui de la santé publique.

En effet, la théorie des graphes a aidé les chercheurs à modéliser la propagation du Covid-19 et a évalué la pertinence de différents scénarios de déconfinement. Dans le cadre d’une épidémie, chaque nœud représente une personne se trouvant à un stade infectieux donné.... »