PRODUCTION ET TRANSPORT DE L'ENERGIE … · Moteur à explosion Exemple : moteur thermique à explosion pour la propulsion d’une voiture Transmission ... Température interne :

PRODUCTION ET TRANSPORT DE

L'ENERGIE ELECTRIQUE

J. Seigneurbieux Option second semestre 2010

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

11

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

20

Énergies secondaires

� Electricité� Produits pétroliers� Vapeur� Hydrogène (à l’avenir)

21

22

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







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 :








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 ?

50

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

52

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

54

Consommation mondiale d'énergie

55

56

Plan du cours :








57

L’énergie en France

58

Production française d’énergie primaire

En Mtep

59

Production d’énergie primaire en Europe

60

Répartition de production d’énergie primaire en Europe

61

Consommation française d’énergie primairecorrigée du climat (Mtep)

62

Structure de la consommation d’énergie primaire en Europe

Total > à 100% en France en raison des exportation d’électricité

63

Consommation française d’énergie primairepar secteur (Mtep)

64

La production d’électricité en France

65

Production d’électricité en Europe

66

Production d’électricité nucléaire dans l’OCDE

67

Les emplois dans le secteur de l’énergie

68

Investissements, secteur de l’énergie

69

Production brute d’électricité

70

Production thermique par type de combustible

71

Sites nucléaires au 01/012001

72

Echange d’électricité avec l’étranger (TWh)

73

Rappel de quelques ordres de grandeur

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 :








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

77

LES CENTRALES THERMIQUES

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)

81

LES CENTRALES NUCLEAIRES

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.

88

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

90

La fission

91

réaction en chaîne

92

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)

94

Principe de fonctionnement

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 :








100

LES RESEAUX DE TRANSPORT

101

Réseau 400 kV

102

Réseau 400 kV

103

Réseau 400 kV

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

107

108

109

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).

114

Travail sur les lignes

115

Travail sur les lignes

116

Protection de l'avifaune

� spirales colorées enroulées autour des câbles. lorsque le vent souffle, léger sifflement

117

L’enfouissement des lignes

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

121

LONGUEURS RÉSEAUX 400 kV SOUTERRAINS

122

COUT RÉSEAUX 400 kV SOUTERRAINS

123

Câble au papier imprégné

124

Câble isolant synthétique

125

Câble à huile sous pression

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

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Pose en caniveaux

Terre

Tranchée


RemblaiCaniveau

Hauteur de

remblai

Niveau du sol

134

Pose en caniveaux

Terre

Tranchée


RemblaiCaniveau

Hauteur de

remblai

Niveau du sol

135

•Les lignes à isolation gazeuse (LIG ou CIG)

•Les câbles supraconducteurs

Les nouvelles technologies

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Documents

PRODUCTION ET TRANSPORT DE L'ENERGIE … · Moteur à explosion Exemple : moteur thermique à explosion pour la propulsion d’une voiture Transmission ... Température interne :