16/04/2014 - Un groupe d'ingénieurs de l's; UPV/EHU a optimisé la technologie de conversion des lignes de courant alternatif en courant continu.

Menéame

Bien que la plupart des lignes de transport d’électricité soient aujourd'hui en courant alternatif, dans certains cas les lignes de courant continu sont également utilisées. Et les chercheurs se rendent compte que, dans certains cas, les lignes de courant continu sont plus commodes que les lignes d’alimentation en courant alternatif.

Dans cette optique, le groupe de recherche GISEL du Département de l’ingénierie électrique de l’UPV/EHU a travaillé à l’amélioration de la technologie nécessaire à cette conversion. L’objectif était de rendre cette transmission plus simple, plus rapide et donc moins coûteuse.

Normalement, l’électricité est transportée par courant alternatif, mais ce n’est pas le seul moyen, et ce n’était pas toujours le meilleur. Dans certains cas, le courant continu à haute tension, l’appel HVDC (du terme anglais High Voltage Direct Current).

En Espagne, par exemple, il n’existe qu’une seule ligne de courant continu reliant la péninsule aux îles Baléares; toutes les autres lignes transportent l’électricité par courant alternatif. En fait, "le courant continu est très adapté aux lignes sous-marines et souterraines," assure Marene Larruskain, l’un des ingénieurs du groupe GISEL de l’UPV/EHU. En outre, "les investissements nécessaires pour construire les lignes à courant continu et les pertes de transport d’électricité sont moindres."

Toutefois, étant la plupart des lignes du réseau électrique à courant alternatif, il est nécessaire de procéder à des transformateurs pour changer le type de transport d’électricité, qui ont un prix élevé. "C’est pourquoi les lignes de courant continu sont appropriées à partir d’une certaine longueur - il a précisé Larruskain-. Et c’est précisément l’utilité que l’on donne aux lignes à courant continu à haute tension, celle de transporter de l’électricité sur de très longues distances; en fait, les lignes plus longues qui existent sont à courant continu."

Il existe des installations de transport d’électricité à courant continu sur les cinq continents. L’exemple typique est constitué par les lignes de transport des grandes centrales hydrauliques: la centrale d’Itaipu en Amérique du Sud, la centrale des trois canons en Chine, etc.

Étant donné que la majeure partie du transport d’électricité se fait actuellement par des lignes de courant alternatif, "notre objectif n’est en aucun cas de remplacer ces lignes par des lignes à courant continu. Notre proposition repose sur l’utilisation du courant continu comme solution dans les cas où il y a des problèmes avec les lignes à courant alternatif," explique Larruskain. Les énergies renouvelables peuvent en être un exemple. Les énergies renouvelables sont produites de manière très irrégulière; le vent, par exemple, peut être très fort à certains moments, et très lâche à d’autres. Et cette production ne correspond peut-être pas aux moments de consommation d’énergie. "Un moyen de remédier au problème que pose cette situation à l’approvisionnement en électricité pourrait être de relier les parcs ou les stations de plusieurs pays où l’énergie renouvelable est produite. Ainsi, si à un moment donné une région a une consommation élevée d’énergie mais ne produit pas d’énergie renouvelable, elle pourrait satisfaire sa demande avec les énergies renouvelables qui se produisent ailleurs - la chercheuse a précisé -. Un réseau mondial permettrait d’équilibrer la variabilité de la production des énergies renouvelables. Le groupe GISEL de l’UPV/EHU propose que ces réseaux mondiaux soient à courant continu.

L’objectif, favoriser la transmission

Le groupe GISEL s’emploie à améliorer les convertisseurs d’échange d’énergie entre les lignes à courant continu et celles à courant alternatif. En particulier, ils travaillent sur une nouvelle technologie pour les convertisseurs, appelée VSC (Voltage Source Converter). Comparée à la technologie classique, "la VSC présente de nombreux avantages; entre autres, il est plus facile de contrôler la puissance qu’elle transporte, et c’est très important dans les parcs éoliens, par exemple. De même, étant donné que le courant continu présente de grands avantages économiques sur les lignes sous-marines, il est très approprié pour elles."

Cependant, la technologie VSC présente également plusieurs inconvénients: d’une part, elle a une capacité moindre de transporter de l’énergie, les pertes d’énergie sont plus grandes et ne répond pas bien quand des problèmes surgissent. Par exemple, lorsqu'il y a un court-circuit, le système a des problèmes. Ainsi, "nous travaillons pour minimiser ces problèmes," explique la chercheuse.

D’autre part, les chercheurs veulent profiter des avantages des deux modes de transport d’électricité pour pouvoir répondre à une consommation d’énergie croissante. C’est que "bien que l’énergie soit de plus en plus produite pour faire face à la demande, des problèmes peuvent surgir au moment du transport de cette énergie. Il n’est pas toujours possible d’introduire l’excédent d’énergie produit sur les lignes existantes, en raison de leurs limites. Dans de tels cas, l’utilisation du courant continu peut résoudre le problème des lignes de courant alternatif déjà installées, parce que, entre autres, les lignes de HVDC peuvent transporter une puissance accrue," explique Larruskain.

Le groupe de recherche GISEL a étudié comment rendre compatibles les caractéristiques des lignes de courant alternatif et courant continu. Les lignes électriques à courant alternatif sont triphasiques. Le nombre de conducteurs est donc de trois, ou de leurs multiples. Les lignes de HVDC, cependant, ont deux pôles: l’un positif et l’autre négatif. "Comment diviserons-nous deux pôles entre trois conducteurs ? " se demande-t-il. Si nous utilisons un pôle pour chaque phase, l’un des conducteurs de la ligne d’origine sera libre, et une partie de la puissance sera perdue. C’est pourquoi chaque pôle de la ligne de courant continu a une ligne et une moyenne de courant alternatif. Même si cela semble impossible, il y a plusieurs façons de faire ce partage.

"Il est prévu qu’à l’avenir, les réseaux HVDC cohabitent avec les réseaux à courant alternatif, qui sont aujourd'hui majoritaires. Transmettre le courant continu sur les lignes qui existent actuellement peut être une première étape pour constituer des réseaux HVDC" a expliqué l’ingéniosité de l’UPV/EHU.

Renseignements complémentaires

Cette étude a été menée au Département de génie électrique de l’École universitaire de génie technique des mines et des travaux publics. La directrice du département est la professeur Immaculée Zamora, et le groupe de recherche est formé par le Dr Marene Larruskain, Oihane Abarrategui et Araitz Iturregi. Le groupe a publié six articles dans plusieurs revues scientifiques et en a fait autant sur ce sujet. En outre, ils ont enregistré deux brevets en Espagne: un équipement de limitation de courant, et un système pour limiter la tension dans les stations de convertisseur.

Références bibliographiques

M. Larruskain, I. Zamora, O. Abarrategui, A. Iturregi. Enero del 2014. "VSC-HVDC configurations for converting AC distribution lines into DC lines". International Journal of Electrical Power & Energy Systems 54: 589 -597 040 0142-0615 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142061513003360
M. Larruskain, I. Zamora, O. Abarrategui, A. Iturregi. 2013. "A Solid-State Fault Current Limiting Device for VSC-HVDC Systems". International Journal of Emerging Electric Power Systems, Volume 14, Issue 5: 375-384, ISSN (onlinekoa) 1553-779X, ISSN (inprimatua) 2194-5756, DOI: 10.1515/ijeeps-2013-0017. http://www.degruyter.com/view/j/ijeeps.2013.14.issue-5/ijeeps-2013-0017/ijeeps-2013-0017.xml

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