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Stockage inertiel d'énergieStockage inertiel d'énergieen vue d’améliorer l'intégration des éoliennesen vue d’améliorer l'intégration des éoliennes
dans un réseau électriquedans un réseau électrique
Ludovic LECLERCQ
Benoît ROBYNSÉcole des Hautes Études Industrielles École des Hautes Études Industrielles
(HEI),(HEI), LILLELILLE
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1. Problématique2. Éolienne à vitesse constante + Stockage inertiel3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel4. Conclusion et perspectives
Plan de l’exposéPlan de l’exposé
Stockage inertiel d'énergieStockage inertiel d'énergieen vue d’améliorer l'intégration des éoliennesen vue d’améliorer l'intégration des éoliennes
dans un réseau électriquedans un réseau électrique
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1. Problématique1. Problématique
Les éoliennes actuelles ne participent pas aux services système
- production aléatoire et difficilement prévisible- absence de réglage fréquence-puissance- absence de réglage tension- sensibilité aux creux de tension- sensibilité aux variations rapides de la force du vent- …
Revue REE N°7 juillet 2002« Le raccordement de la production décentralisée en HTA et BT »Par J.-L. FraisseEDF-GDF services
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Une trop forte pénétration de la production éoliennefait courir un risque important de délestage
• introduction d'aléas dans la programmation des moyens de production• dégradation de la sûreté de fonctionnement du système électrique• sensibilité aux creux de tension• problèmes de tenue de tension et de qualité de fourniture
Dans le cas d'un réseau insulaire
Limitation du taux de pénétration de l'éolien(EDF limite à 30 %)
1. Problématique1. Problématique
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Limite des 30 % pas atteinte dans l'immédiat mais localement.Concentration d’éoliennes aux mêmes endroits
et à l’avenir sur les côtes avec de grosse centrales offshore
Dans le cas d'un réseau puissant
1. Problématique1. Problématique
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Augmenter le taux de pénétration de l’éolien :
• Lisser la puissance fluctuante,• régler la tension,• régler la fréquence…
Participer plus ou moins aux services système
1. Problématique1. Problématique
Janvier 2003 : 147,23 MWObjectif pour 2010 : 14000 MW
Plus que 13852,77 MW…
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1. Problématique1. Problématique
Solutions envisagées
1. Lisser la puissance fluctuante Éolienne à vitesse fixe + système de stockage
2. Réglage tension et fréquence Éolienne à vitesse variable + système de stockage
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2. Éolienne à vitesse fixe + Stockage inertiel2. Éolienne à vitesse fixe + Stockage inertiel
Éolienne à vitesse fixe
Moteurdiesel
Stockage inertielChargeCharge
Moteur diesel
MachineSynchrone
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But : lisser la puissance éolienne
Stabilisateur cinétique
Turbine éolienne + génératrice asynchrone
0 t 0 t
0 t
Réseauisolé
2. Éolienne à vitesse fixe + Stockage inertiel2. Éolienne à vitesse fixe + Stockage inertiel
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Problème : Nous ne pouvons stocker
ou restituer indéfiniment
Nous devons tenir compte
de la vitesse du volant d’inertie« Si la vitesse du volant est petite alors on favorise le stockage »
« Si la vitesse du volant est grande alors on favorise la restitution »
« Si la vitesse du volant est moyenne : utilisation normale »
Stratégie de commande du système de stockage inertiel
2. Éolienne à vitesse fixe + Stockage inertiel2. Éolienne à vitesse fixe + Stockage inertiel
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Superviseur à logique floue
Preg
Pwg
Flywheel rotational speed
SUPERVISEUR A LOGIQUE FLOUESUPERVISEUR A LOGIQUE FLOUE
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SUPERVISEUR A LOGIQUE FLOUESUPERVISEUR A LOGIQUE FLOUESUPERVISEUR A LOGIQUE FLOUESUPERVISEUR A LOGIQUE FLOUE
BVS
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Exemple de vitesse de vent mesurée sur le site de Dunkerque
SIMULATIONSSIMULATIONS
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Superviseur à logique floueSuperviseur à logique floue
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Puissance active générée par le groupe électrogènePuissance active générée par le groupe électrogèneSans le système de stockage en pointillés
Avec le système de stockage en trait continu
SIMULATIONSSIMULATIONS
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Puissance active générée par l’associationPuissance active générée par l’associationéolienne-système de stockage éolienne-système de stockage (Preg)(Preg)
Puissance souhaitée en pointillésPuissance obtenue en trait continu
SIMULATIONSSIMULATIONS
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Vitesse de rotation du volant d’inertie
SIMULATIONSSIMULATIONS
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Superviseur simplifiéSuperviseur simplifié
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SIMULATIONSSIMULATIONSPuissance active générée par le groupe électrogènePuissance active générée par le groupe électrogène
Sans le système de stockage en pointillés
Avec le système de stockage en trait continu
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SIMULATIONSSIMULATIONSPuissance active générée par l’associationPuissance active générée par l’association
éolienne-système de stockage éolienne-système de stockage (Preg)(Preg)Puissance souhaitée en pointillés
Puissance obtenue en trait continu
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SIMULATIONSSIMULATIONS
Vitesse de rotation du volant d’inertie
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Sans tenir compte de la vitesse de rotation du volant d’inertie
Pwg Pwgf = Preg
Constante de temps du filtre passe-bas = 30 s.
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SIMULATIONSIMULATIONPuissance active générée par le groupe électrogènePuissance active générée par le groupe électrogène
Sans le système de stockage en pointillés
Avec le système de stockage en trait continu
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SIMULATIONSIMULATIONPuissance active générée par l’associationPuissance active générée par l’association
éolienne-système de stockage éolienne-système de stockage (Preg)(Preg)Puissance souhaitée en pointillés
Puissance obtenue en trait continu
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SIMULATIONSIMULATION
Vitesse de rotation du volant d’inertie
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3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel
Éolienne sur charge isolée
Éolienne sur un réseau
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3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel
• Capable de l'îlotage• Capable de redémarrer sans tension sur le réseau• Capable de remettre la tension sur un réseau hors tension• Capable de supporter des échelons de consommation• Maintenir l’équilibre production-consommation• Maintenir une tension d’amplitude et de fréquence fixe• ….
Éolienne sur charge isolée
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Machinesynchrone
Convertisseur MLI
Source de tensioncontinue
Éolienne à vitesse variable à pales fixes composéed’une machine synchrone à aimants permanents
et à attaque directe
Toutes ressemblances avec une éolienne développée dans le nord de la France est purement fortuite !
3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel
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Puissance fourniepar l’éolienne
Puissance consomméepar la charge
Dissipation et/ou stockage
Chargeisolée
3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel
Éolienne sur charge isolée
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Chargeisolée
Puissance fourniepar l’éolienne Puissance consommée
par la charge
Fourniture auxiliaire et/ourestitution du stockage
3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel
Éolienne sur charge isolée
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Chargeisolée
Stockage inertiel
3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel3. Éolienne à vitesse variable + Stockage inertiel
Éolienne sur charge isolée
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Chargeisolée
Convertisseur 2
Pour une éolienne fonctionnant sur charge isolée…
Filtre LC pour la qualité de la forme d’onde de la tension…
Le convertisseur 2 va réguler les tensions aux bornes des condensateurs du filtre
Source de tension
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Pour une éolienne fonctionnant sur charge isolée…
Puissance de l’éolienne Puissance du stockage inertiel
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Pour une éolienne fonctionnant sur charge isolée…
Tension du bus continuTensions composées
aux bornes des condensateurs
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Convertisseur 2
Filtre LCL pour la qualité de la forme d’onde de la tension…
Le convertisseur 2 va réguler le courant dans la deuxième self
Source de courant
Réseau
Éolienne sur un réseau
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Pour une éolienne fonctionnant sur réseau…
100 kVAR
150 kW
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4. Conclusion et perspectives4. Conclusion et perspectives
• Pitch control• Stockage inertiel de la turbine• Centrale éolienne• Supervision
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MS
MCC
DS 1104
Stockage inertiel
MAS
DS 1104
DS 1103
Réseau
Chargeisolée
Banc d’essai développé sur le site HEI
Filtre
Validation modèles,commandes, supervisions
Participation auxservices systèmes
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Cette structure peut être réalisée sur le banc d’essai d’HEI
40
Cette structure peut être réalisée sur le banc d’essai d’HEI
MachineAsynchrone
+ codeur
Machine à courant continu
Volantd’inertie
DT
Onduleurs de tensionSEMIKRON
Machinesynchrone