ETUDE DE L’IMPACT DES ENERGIES RENOUVELABLES SUR LE RESEAU INTERCONNECTE MAURITANIEN MEMOIRE POUR L’OBTENTION DU MASTER EN GENIE ELECTRIQUE ET ENERGETIQUE OPTION : GENIE ENERGETIQUE ET PROCEDES INDUSTRIELS Présenté et soutenu publiquement le 25 Octobre 2016 par KANE Aminata Ciré Travaux dirigés par : Monsieur Madieumbe GAYE: Maître de mémoire, Ingénieur de recherche à 2iE Dr Amal Maouloud : Maître de stage, Assistante technique à la Direction Exécution de Projet de la SOMELEC Jury d’évaluation : Mr Madieumbe GAYE Mr Henri KOTTIN Mr Moussa KADRI Promotion 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien Dédicaces A la mémoire de mes défunts grands-parents maternels. Puisse le bon Dieu leur accorder le paradis éternel. A ma grand-mère Coumbe Hapsé qui m’a accompagnée par ses prières. Que Le Tout Puissant vous garde et vous procure santé, bonheur et longue vie pour que vous demeuriez le flambeau illuminant le chemin de notre famille. ii KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Remerciements Je tiens en tout premier lieu à rendre grâce au Tout Puissant. Je tiens ensuite à remercier le directeur de la cellule étude et planification de la SOMELEC Mr Ousmane TALL pour son accueil chaleureux et affectif ainsi que tout le personnel de la DEP. Je tiens également à remercier mes encadreurs de la direction exécution de projets Mme Amal Maouloud, Seidou Boye et Méda Diagne et leur exprime toute ma reconnaissance pour les idées transmises, leur constante disponibilité et les efforts qui ont abouti à l’accomplissement de ce travail. Je remercie toute l’équipe d’encadrement de 2iE pour avoir tout mis en œuvre afin d’assurer la réussite de notre formation plus particulièrement mon directeur de mémoire Mr Madieumbe Gaye ingénieur de recherche à 2iE, sous la direction duquel ce travail a été réalisé. Mes plus profonds remerciements vont à mes parents. Tout au long de mon cursus, ils m’ont toujours soutenu, encouragé et aidé. Ils ont su me donner toutes les chances pour réussir. Qu’ils trouvent, dans la réalisation de ce travail, l’aboutissement de leurs efforts ainsi que l’expression de ma plus affectueuse gratitude. Mes remerciements vont également à mon oncle et mentor Ousmane Kane pour ses précieux conseils et son soutien sans faille. A mes tuteurs Oumou et Ibrahima Barro pour leur hospitalité durant mon séjour au Burkina Faso et à toute ma famille. iii KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Résumé Ce rapport présente l’étude de l’impact de l’installation des nouveaux projets de centrales d’énergie renouvelables sur les moyens de production existants et sur la sécurité d’exploitation du réseau électrique mauritanien. En effet, la nouvelle vision du secteur de l’énergie, engagée par le gouvernement mauritanien se concrétise à travers la construction de centrales solaires et éoliennes pour pallier au problème d’autonomie énergétique et faire face aux défis de l’approvisionnement du pays de manière sûre, continue et à moindre coût moyennant un renforcement soutenu des infrastructures y afférentes. Les actions concrètes menées au cours de ce travail sont, d’une part, l’état des lieux du parc de production d’électricité à partir des centrales thermiques et des centrales ENR afin de ressortir le taux de couverture par les énergies renouvelables et l’impact de ces dernières sur l’économie en combustible et lubrifiant. D’autre part, une étude détaillée du réseau a été réalisée à travers sa modélisation avec le logiciel NEPLAN. Les analyse statiques et dynamiques effectuées dans le but d’étudier l’impact des centrales ENR sur la stabilité du réseau montrent que l’intégration de ces centrales ne pose pas de problème particulier par rapport à la répartition des puissances et aux courants de court-circuit. Enfin, Sur la base de l’analyse des moyens de production et celle des résultats des simulations, des propositions de mise en œuvre pour garantir la sécurité d’exploitation du système avec l’intégration des sources d’énergies renouvelables seront identifiées et établies de manière quantitative. Mots-clefs Production d’électricité Mix énergétique Energie renouvelable Stabilité du réseau Répartition de puissance Courants de court-circuit iv KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Abstract This report presents the study of the impact of the installation of new renewable power projects on existing means of production and on the safe operation of the Mauritanian network. Indeed, the new visions of the energy sector, initiated by the Mauritanian government is realized through the construction of solar and wind power plants to alleviate the problem of energy dependence and meet the challenges of supplying the country's safely, continuously and cost effectively for a sustained strengthening of related infrastructure. The concrete actions undertaken are, firstly, the condition of the electricity generation capacity from thermal power plants and REC to highlight coverage by renewable energy and the impact of recent on fuel and lubricant economy. Other hand, a detailed study of the network was realized through its modeling software with NEPLAN and static and dynamic analysis to study the impact of plants on ENR network stability shows that integration of RES power plants poses no particular problem in relation to the distribution of powers and short-circuit currents. Finally, Based on the analysis of means of production and the results of the simulations, the rules to be implemented to ensure the safe operation of the system with the integration of renewable energy sources will be identified and established quantitatively. Keywords Electricity production Energy mix Renewable energy Grid stability Frequency Power distribution Short-circuit currents v KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Liste des sigles et abréviations SOMELEC : Société Mauritanienne d’Electricité ENR : Energie renouvelable LVRT : Tenue aux creux de tension CEP : Cellule Etude et Planification DEP : Direction Exécution de Projet MWc : Méga Watt crête CCT : Temps Critiques d’Elimination des Défauts OMVS : Organisation pour la Mise en Valeur du fleuve Sénégal HT : Haute Tension HVO : Heavy Fuel Oil (Fuel Lourd) MW : Mégawatt CGFO : Câble de Garde à Fibres Optiques SONATEL (Sénégal) : Société Nationale des Télécommunications ORE : Opérateur du Réseau d’Electricité PDR : Point de Raccordement REM : Réseau électrique mauritanien CNC : Centre National de Conduite SOGEM : Société de Gestion de l’Energie de Manantali vi KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Liste des tableaux Tableau 1: caractéristiques des modules PV ....................................................................................... 19 Tableau 2: Caractéristiques des onduleurs ......................................................................................... 21 Tableau 3: Paramètres de la machine asynchrone ...................................... Erreur ! Signet non défini. Tableau 4: Production des centrales thermiques de Jui.15 à Fév.16 .................................................. 24 Tableau 5: Production des centrales ENR ........................................................................................... 26 Tableau 6: Allocation des unités de production mauritaniennes (scénario de base) ......................... 34 Tableau 7: Perte par ligne ................................................................................................................... 35 Tableau 8: Surcharge des nœuds: violation des limites inférieures ................................................... 35 Tableau 9: Surcharge des nœuds: violation des limites inférieures ................................................... 36 Tableau 10: Courants de court-circuit triphasés ................................................................................. 37 Tableau 11: Temps critiques d’élimination (année 2016, scénario de base et « Max ENR ») ............ 40 Tableau 12: Paramètres de la caractéristique LVRT du réseau mauritanien4 ......... Erreur ! Signet non défini. Tableau 13: Niveau de réserve tournante .................................................... Erreur ! Signet non défini. Tableau 14: Paramètres de la caractéristique LVRT du réseau mauritanien ...................................... 51 Tableau 15:Paramètres des lignes du réseau 225 kV de la SOMELEC .................................................. ii Tableau 16:Paramètres des lignes du réseau 90 kV de la SOMELEC..................................................... ii Tableau 17:Paramètres des lignes du réseau 33kV de la SOMELEC ..................................................... ii Tableau 18: Paramètres des transformateurs de transmission ........................................................... iii Tableau 19:Paramètres des transformateurs du réseau de transport. ............................................... iii Tableau 20: Réactances shunt .............................................................................................................. iv Tableau 21: Paramètres du modèle dynamique des alternateurs (part 1) .......................................... iv Tableau 22:Paramètres du modèle dynamique des alternateurs (part II) ............................................ v vii KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Liste de figures Figure 1: Principe de fonctionnement des smart grid ........................................................................... 4 Figure 2: perturbations de tension dans les réseaux ............................................................................ 6 Figure 3: Organigramme de la Cellule Etude et Planification ............................................................. 13 Figure 4: Centrale hydroélectrique de Manantali ............................................................................... 16 Figure 5: Vue du poste de livraison 225/33kV de l’OMVS .................................................................. 17 Figure 6:Schéma synoptique de la centrale solaire Sheikh Zayed ...................................................... 18 Figure 7: Combiner Box (boitier de combinaison)............................................................................... 20 Figure 8: Caractéristique « puissance électrique vs vitesse du vent » de la turbine .......................... 22 Figure 9: Parc éolien de Nouakchott ................................................................................................... 23 Figure 10: Production des centrales thermiques de Jui.15 à Fév.16................................................... 25 Figure 11: Production totale de chaque centrale ENR ........................................................................ 26 Figure 12: Production de la centrale éolienne par rapport à la production totale d'énergie renouvelable........................................................................................................................................ 27 Figure 13: Production mensuelle des centrales thermiques et des sources ENR ............................... 27 Figure 14: Part du renouvelable par rapport au thermique................................................................ 28 Figure 15: Consommation en combustible ......................................................................................... 28 Figure 16: Interface du logiciel ............................................................................................................ 32 Figure 17: Affichage des résultats ....................................................................................................... 33 Figure 18: Voltage au nœud Duale 225 kV - Défaut éliminé en un temps inférieur au CCT .............. 41 Figure 19: Voltage au nœud Duale 225 kV - Défaut éliminé en un temps supérieur au CCT............. 41 Figure 20: Vitesse angulaire du groupe G1_duale- défaut éliminé en un temps inférieur au CCT ..... 42 Figure 21: Vitesse angulaire du groupe G1_duale- défaut éliminé en un temps supérieur au CCT ... 42 Figure 23: Vitesse angulaire du groupe G1_duale- défaut éliminé en un temps supérieur au CCT….42 Figure 24: Caractéristique LVRT du réseau ......................................................................................... 43 Figure 25: Caractéristique LVRT typique ............................................................................................. 44 Figure 26: Résultat de simulation dynamique - déconnexion de la machine « CCTG NKT GT1 » ....... 46 Figure 27: Résultat de simulation dynamique - déconnexion du parc éolien de NKT ........................ 47 Figure 28: Résultat de simulation dynamique - déconnexion de la machine « CCTG NKT GT1 » ....... 48 Figure 29: Résultat de simulation dynamique - déconnexion de parc solaire de NKT ........................ 48 Figure 30: Résultat de simulation dynamique - déconnexion de parc éolien de NKT ........................ 49 Figure 31: Caractéristique LVRT typique ............................................................................................. 50 Figure 32: « Voltage Ride Through Capability » pour les centrales ENR ............................................. 55 Figure 33: Courbe de réponse « puissance active – fréquence » pour les centrales ENR .................. 56 viii KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Table des matières Dédicaces........................................................................................................................................... ii Remerciements ................................................................................................................................ iii Résumé ............................................................................................................................................. iv Abstract ............................................................................................................................................. v Liste des sigles et abréviations ......................................................................................................... vi Liste des tableaux ............................................................................................................................ vii Liste de figures ............................................................................................................................... viii I. INTRODUCTION GENERALE ........................................................................................................... 1 I.1 Contexte et objectifs .................................................................................................................... 1 II. ETAT DE L’ART ............................................................................................................................... 3 II.1 Le réseau de transport d’électricité, vecteur d’optimisation ..................................................... 3 II.2 La nécessaire modulation de la consommation .......................................................................... 3 II.3 Stabilité dynamique des réseaux électriques industriels ............................................................ 5 II.4 La qualité de l’énergie électrique ................................................................................................ 5 METHODOLOGIE DE L’ETUDE ........................................................................................................ 7 o Étude de l’impact des centrales ENR sur le parc de production ............................................... 8 o Étude de stabilité du réseau de transport................................................................................. 8 o Propositions pour l’intégration des centrales ENR ................................................................... 9 III. PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL........................................................................ 10 III.1 Cadre organique ....................................................................................................................... 10 III.2 Organigramme.......................................................................................................................... 13 IV. ETAT DES LIEUX DU PARC DE PRODUCTION D’ENERGIE ELECTRIQUE DU RESEAU INTERCONNECTE ................................................................................................................................. 14 IV.1 La centrale du Nord ou centrale duale..................................................................................... 14 IV.2 La centrale Arafat 1 .................................................................................................................. 14 IV.3 La centrale Wharf ..................................................................................................................... 15 IV.4 La centrale hydroélectrique de Manantali ............................................................................... 15 IV.5 La centrale solaire Sheikh Zayed .............................................................................................. 18 IV.6 La centrale éolienne 30MW de Nouakchott ............................................................................ 21 V. PRODUCTION DES CENTRALES ET CONSOMMATION EN COMBUSTIBLE ET LUBRIFIANT ........... 24 ix KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 V.1 Production totale des centrales thermiques – analyse de l’évolution..................................... 24 V.2 Production des centrales d’énergie renouvelable .................................................................... 26 V.3 Consommation en combustibles et lubrifiant........................................................................... 28 VI. ETUDE DE STABILITE DU RESEAU INTERCONNECTE ................................................................ 29 VI.2 Schéma unifilaire du réseau ..................................................................................................... 30 VI.3 Présentation du logiciel NEPLAN.............................................................................................. 31 VI.4 Analyse statique ....................................................................................................................... 33 VI.4.1 Analyse de la répartition de puissance ............................................................................. 33 VI.4.2 Calcul des courants de court-circuit .................................................................................. 36 VI.5 Analyse dynamique .................................................................................................................. 38 VI.5.1 Analyse de stabilité transitoire: ........................................................................................ 39 VI.5.2 Analyse de stabilité de fréquence ..................................................................................... 44 VI.6 Résultats et discussion ............................................................................................................. 50 VI.6.1 Analyse de stabilité transitoire ......................................................................................... 50 VI.6.2 Analyse de stabilité en fréquence ..................................................................................... 51 VII. CONCLUSION ET PERSPECTIVES: RECOMMANDATIONS POUR L’INTEGRATION DES CENTRALES ENR ...................................................................................................................................................... 53 VII.1 Conclusion générale ................................................................................................................ 53 VII.2 Recommandations pour le raccordement des centrales ENR ................................................ 53 VII.2.1 Tolérance pour les déviations de tension et fréquence................................................... 53 VII.2.4 Réponse de fréquence ..................................................................................................... 55 VII.3 Aspects opérationnels à prendre en compte pour atteindre le niveau de pénétration des sources ENR proposé. ...................................................................................................................... 56 Références bibliographiques ............................................................................................................. i Annexes ............................................................................................................................................. ii Annexe1 ......................................................................................................................................... ii Annexe 2 ....................................................................................................................................... vi Annexe 3 ...................................................................................................................................... vii Annexe 4 ..................................................................................................................................... viii Annexe 5 ....................................................................................................................................... ix Annexe 6 ........................................................................................................................................ x Annexe 7 ....................................................................................................................................... xi x KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien I. 2016 INTRODUCTION GENERALE I.1 Contexte et objectifs A l’instar des autres pays en voie de développement, la république islamique de la Mauritanie reste confrontée de plus en plus à de sérieuses difficultés d’approvisionnement en énergie électrique. L’électricité, du fait de sa disponibilité restreinte, demeure couteuse et par conséquent inaccessible pour la plupart de la population. Cette situation justifie en partie l’absence d’initiatives pouvant conduire au développement. C’est pour cette raison qu’une politique énergétique appropriée doit être mise sur pieds de façon urgente pouvant améliorer d’une part les conditions de vie de la population et d’autre part booster le processus de développement. Ainsi, une politique de généralisation de l’accès à l’énergie électrique de qualité est favorisée par l’état Mauritanien, soucieux de relever un des défis majeurs du 21ème siècle, l’autonomie énergétique et la facilité de l’accès à l’énergie pour tous. Mieux, l’Etat cherche à orienter encore sa politique énergétique en intégrant dans son volet de généralisation, un programme ambitieux d’utilisation d’énergies renouvelables (ENR) à grande échelle. Cette politique a pour objectif de réduire la dépendance de la Mauritanie par rapport aux besoins en combustibles fossiles. C’est dans ce contexte que l’Etat a misé sur des projets de construction de centrales solaire et éolienne produisant de l’électricité à base d’énergie propre. Ces derniers ont un impact à long terme considérable sur l’autonomie du pays mais nécessite une révision et un contrôle constant du réseau interconnecté du fait de l’influence des fluctuations de puissance et de fréquence des centrales ENR. Pour évaluer la portée de l’intégration des centrales ENR dans le réseau interconnecté, nous avons scindé le travail en trois grands chapitres. En première partie, nous avons présenté le parc de production électrique incluant les centrales thermiques et les centrales ENR. Ensuite nous avons effectué une collecte de données afin d’étudier l’évolution de la production des centrales thermiques et leur consommation en combustible et lubrifiant ainsi que l’énergie produite injecté dans le réseau par les centrales solaire, éolienne et hydroélectrique. En troisième partie, une étude détaillée du réseau a été effectué incluant une analyse statique 1 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 (Analyse de la répartition des puissances, étude des courants de court-circuit triphasé) et une analyse dynamique (Etude de stabilité transitoire, étude de stabilité en fréquence). Enfin, nous avons conclu le travail par l’élaboration de perspectives et recommandations pour les règles d’intégration des centrales ENR. Ces règles seront formulées sous formes d’exigences techniques à respecter par les productions renouvelables et sous forme de règle de conduite du système afin d’assurer une exploitation optimale des centrales ENR. 2 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 II. ETAT DE L’ART Le caractère variable de l’énergie renouvelable (la production varie en effet d’un jour à l’autre en fonction de la présence de vent, de soleil...) impose une plus grande flexibilité dans la gestion du système électrique et également une nouvelle façon de piloter le réseau et de se préparer aux variations des injections liées à ce type de production. Ainsi, il incombe aux gestionnaires de réseau de pallier à certains désagréments récurrents : Instabilité du réseau entrainant un déclenchement de ce dernier et des délestages sur l’ensemble des territoires desservie par le réseau interconnecté de l’OMVS (Organisation pour la Mise en Valeur du fleuve Sénégal) à savoir le Mali et le Sénégal. Une exploitation des centrales solaires et éoliennes en-deçà de leur capacité. En effet, elles doivent être conçues pour résister aux perturbations (chute de tension et de fréquence) sans se déconnecter du réseau ou réduire leur production. II.1 Le réseau de transport d’électricité, vecteur d’optimisation Une mission essentielle du réseau de transport d’électricité est de constituer un outil de solidarité territoriale. Ceci est rendu possible par deux caractéristiques du réseau qui permet d’une part de mutualiser les moyens de production et d’autre part d’intégrer une diversité et une complémentarité du mix électrique. II.2 La nécessaire modulation de la consommation Un des défis à relever pour les opérateurs de réseau comme pour les producteurs d’énergie renouvelable est l’importante variabilité des caractéristiques de l’électricité produite par issue des unités de production renouvelable. Comme l’échelle de temps de variation est très réduite, et que le réseau a besoin d’une vraie stabilité et d’un équilibre instantané, il est nécessaire de développer des modes de gestion appropriés et des outils techniques garantissant la sécurité des réseaux. Cela passe par un ensemble de technologies connues sous le nom de smart grid. Ce sont les réseaux électriques publics auxquels sont ajoutés des fonctionnalités issues des nouvelles technologies de l’information et de la communication (NTIC). Le but est d’assurer l’équilibre entre l’offre et la demande d’électricité à tout instant et de fournir un approvisionnement sûr, durable et compétitif aux consommateurs. 3 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien Figure 1: Principe de fonctionnement des smart grid Source : Commission de Régulation de l’Energie de France 4 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 II.3 Stabilité dynamique des réseaux électriques industriels L’énergie électrique étant très difficilement stockable, il doit y avoir en permanence équilibre entre la production et la consommation. Les générateurs, les récepteurs et les réseaux électriques qui les relient ont des inerties mécaniques et/ou électriques qui rendent difficile le maintien d’un équilibre garantissant une fréquence et une tension relativement constantes. Normalement, face à une variation de puissance, le système électrique, après quelques oscillations, retrouve un état stable. Dans certains cas, le régime oscillatoire peut diverger. Des études sont nécessaires pour pouvoir éviter ce phénomène et garantir la stabilité du réseau électrique. Elles le sont particulièrement dans le cas des réseaux industriels qui comportent un ou des groupes générateurs et des moteurs. II.4 La qualité de l’énergie électrique Un réseau électrique a en général une stabilité globale qui se manifeste par un équilibre à grande échelle dans le temps et dans l’espace de l’ensemble du système production/transport/consommation. Mais une analyse plus fine révèle qu’en réalité, il y a en permanence et en tous lieux des événements provoquant des fluctuations qui seront compensées, sauf catastrophes. Ainsi la notion de qualité de l’électricité apparaît sous l’aspect de (figure2) La continuité de fourniture : c’est la disponibilité de l’énergie électrique en un endroit donné qui peut être interrompue par des coupures brèves (< 1 min.) ou longues (> 1 min.). La forme de l’onde de tension (fréquence, amplitude, durée) ; dans ce cas les perturbations sont généralement classées en fonction de leur plage de fréquence : - Phénomènes à haute fréquence (kHz ➙ MHz) : surtensions à fronts raides dues à la foudre ou à certaines manœuvres (ex. sectionneurs, interrupteurs, certains disjoncteurs). - phénomènes à basse fréquence (50 Hz ➙ kHz) : surtensions de manœuvre, harmoniques, - phénomènes autour de la fréquence industrielle (0 ➙ 100 Hz) : fluctuations rapides (20 ms ➙ 1 s) ou lentes (supérieures à la seconde) telles que déséquilibre, creux 5 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 de tension dus à la mise en service de fortes charges ou à un court-circuit dans la distribution. La variation de fréquence peut résulter : d’un court-circuit proche d’une source ou d’une très grosse variation de puissance de la source. du passage sur une source de remplacement ou de secours. Figure 2: perturbations de tension dans les réseaux Source : Schneider Electric, cahier technique n°185, Stabilité dynamique des réseaux électriques industriels 6 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 METHODOLOGIE DE L’ETUDE La méthodologie générale de cette étude comprend quatre tâches principales : - Collecte de données ; - Étude de l’impact des centrales d’énergies renouvelables sur le parc de production conventionnel; - Étude de stabilité du réseau de transport avec le logiciel NEPLAN ; - Propositions pour l’intégration des centrales ENR. Un aperçu des différentes tâches est présenté sur la figure suivante. Collecte de données Étude de l’impact des centrales d’énergies renouvelables sur le parc de production Étude de stabilité du réseau de transport Propositions pour l’intégration des centrales ENR Les sections suivantes décrivent de manière brève chaque tâche de cette étude. La description détaillée de chaque étude sera présentée dans les chapitres respectifs de chacune. o Collecte de données Une mission de collecte de données a été effectuée pour relever les caractéristiques des différentes centrales, leur production mensuelle, consommation en combustible et lubrifiant. 7 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 o Étude de l’impact des centrales ENR sur le parc de production Les objectifs de cette tâche de l’étude sont les suivantes : - Évaluer les impacts de l’intégration des sources ENR sur le parc de production existant (unités thermiques) et aussi sur la couverture de la demande ; - Estimer l’évolution de la consommation en combustible et lubrifiant de Juillet 2015 à février 2016 o Étude de stabilité du réseau de transport Les différentes analyses qui seront effectuées dans cette tâche sont décrites dans ce qui suit. Etude de stabilité du réseau Analyse statique Analyse de la répartition de puissance 8 Calcul des courants de court-circuit Analyse dynamique Analyse de stabilité transitoire KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Analyse de stabilité de fréquence Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 o Propositions pour l’intégration des centrales ENR Sur base de l’analyse des moyens de production et sur base des résultats des simulations, les règles à mettre en œuvre pour garantir la sécurité d’exploitation du système avec l’intégration des sources d’énergie renouvelable seront identifiées et établies de manière quantitative. Ces règles seront formulées, par exemple, sous formes d’exigences techniques à respecter par les productions renouvelables, ou sous forme de règle de conduite du système. Seront déterminés notamment : - La puissance maximale des centrales ENR ; - L’exigence de pouvoir fonctionner temporairement à puissance réduite ; - La nécessité de participer à la réserve tournante ; - La nécessité de participer au réglage de tension et puissance réactive ; - La nécessité de rester connecté et revenir à un état normal de fonctionnement après un court-circuit ; - La nécessité de maintenir le niveau de production après un creux de tension. Les règles qui ont un impact sur le CNC (Centre National de Conduite) en cours d’étude seront clairement indiquées. 9 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 III. PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL La Société Mauritanienne d’Electricité (SOMELEC) qui a été créée, à partir de la scission de l’ex-SONELEC (décret N° 2001-88 du 27 juillet 2001 modifié par décret 2003-008 du 17 février 2003). Régie par un contrat-programme avec l’Etat, la SOMELEC assure la production, le transport, la distribution, l’achat et la vente de l’électricité en milieu urbain. Elle gère actuellement 44 centres. III.1 Cadre organique Conseil d’administration LA SOMELEC est gérée par un Conseil d’Administration composé de dix membres. Le Conseil est présidé par un président nommé par un Décret du Conseil des Ministres. Sur les dix membres du conseil, deux membres sont des représentants du Ministère du Pétrole de l’Energie et des Mines, six membres représentants le Ministère des Affaires Economiques et du Développement, le Ministère de l’intérieur et le Ministère du Commerce, un membre représentant la Banque Centrale de Mauritanie et un représentant du Personnel. Le conseil se réunit au moins trois fois par an en session ordinaire, sur convocation du Président et en session extraordinaire, sur convocation du Président. Il désigne en son sein un comité de gestion pour le contrôle et le suivi de ses délibérations. Le Conseil d’Administration élabore les programmes d’activité et d’investissement, et prépare l’état des prévisions des recettes et des dépenses, le compte d’exploitation et le bilan de fin d’exercice. Le mandat du conseil et de son président est de trois ans. Le directeur général Il assure le fonctionnement des services de la SOMELEC et veille sur l’exécution des décisions du Conseil d’Administration auquel il rend compte de sa gestion. Le Directeur Général représente la SOMELEC vis-à-vis des tiers et signe, en son nom, toutes conventions relatives à son objet ; il représente la SOMELEC en justice, poursuit l’exécution de tous jugements et fait procéder à toutes saisies. Aux fins d’exécution de sa mission, le Directeur Général exerce l’autorité hiérarchique et le pouvoir disciplinaire sur l’ensemble du personnel ; il nomme et révoque le personnel, conformément à l’organigramme et dans les formes et aux conditions prévues par le Statut du 10 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 personnel. Il peut déléguer au personnel placé sous son autorité le pouvoir de signer tous ou certains actes d’ordre administratif. Structure organisationnelle L’organigramme en vigueur actuellement à la société est composé d’un Conseil d’Administration, un Directeur Général, un Directeur Général Adjoint, un ensemble de conseillers et de chargés de mission, une Ecole des métiers et des onze directions suivantes : (1) Direction d’Exécution des Projet, (2) Direction des travaux neufs, (3) Direction Production, (4) Direction Transport et Distribution, (5) Direction Commerciale, (6) Direction du Contrôle de Gestion, (7) Direction des Ressources Humaines (8) Direction Financière et Comptable, (9) Direction de l’Informatique et du Système d’information, (10) Direction des Achats et Approvisionnements , (11) Direction des Moyens Généraux. Ce stage a été réalisé dans la Cellule Etudes et Planification (CEP) actuellement dénommé Direction d’Exécution des projets (DEP) dont les principales missions sont : Etudes - Toute étude statistique ou prospective à caractère économique - Toute étude, travaux, contrôles relatifs aux moyens techniques de production, transport, distribution d’électricité et en particulier ceux entrepris totalement ou partiellement dans le cadre d’un financement extérieur. - Définir la normalisation des matériels et équipements - Tenir à jour la cartographie des ouvrages Suivi et planification - Préparer et assurer le suivi des dossiers de recherche de financement pour les études et les projets en relation avec les autres structures concernées ; - Participer au processus de passation des contrats y afférents (lancement DAO, évaluation des offres, négociations) ; - Assurer le suivi des conventions de financement en relation avec les autres structures concernées ; - Assurer le suivi d’exécution des marchés en relation avec les autres structures concernées ; 11 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien - 2016 Assurer la coordination avec les autres structures concernées par les projets et travaux ; - Assurer les relations avec les Administrations et les bailleurs de fonds ; - Veiller à la qualité du transfert des équipements aux unités d’exploitation. 12 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 III.2 Organigramme La figure3 ci-dessous donne l’organigramme de la cellule Etude et planification des Projets (1) de la SOMELEC (Société Mauritanienne d’Electricité). Directeur cellule etude et planification Assistant technique Secrétaire Assistant technique Chef serice logistique Agent comptable Responsable production Ingénieur électromécanicien Ingénieur électromécanicien Responsable transport et distribution Ingénieur électricien Responsable génie civil et cartographuie Chef service cartographie Ingénieur électricien Dessinateur Ingénieur électricien Agent cartographe Ingénieur électromécanicien Ingénieur électromécanicien Ingénieur électromécanicien Ingénieur électromécanicien Ingénieur électromécanicien Ingénieur électromécanicien Chef service génie civil Ingénieur génie civil Responsable etudes générales et cartograpie Chef service normes et réglementations Chef service technico,econo, environnemenatales Coontremaitre Agent cartographe Ingénieur électricien Ingénieur électricien Ingénieur électricien Ingénieur électricien Ingénieur électriciene Figure 3: Organigramme de la Cellule Etude et Planification 13 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 IV. ETAT DES LIEUX DU PARC DE PRODUCTION D’ENERGIE ELECTRIQUE DU RESEAU INTERCONNECTE Dans ce chapitre, nous allons décrire le parc de production d’énergie électrique du réseau interconnecté mauritanien. Le réseau de transport est actuellement constitué des infrastructures réalisées dans le cadre de l’OMVS (Organisation pour la Mise en Valeur du fleuve Sénégal). Il correspond aux 900 km de lignes 225 kV entre Manantali et Nouakchott et des 186 km de lignes 90 kV entre le poste de Matam et le centre de Boghé. Quatre postes HT/HTA relient les centrales de Nouakchott (75MVA), Rosso (20MVA), Boghé (10MVA) Kaédi (10MVA) et Sélibaby (10 MVA) au réseau interconnecté de l’OMVS. Nous allons axer cette étude sur les centrales thermiques Arafat 1, wharf et centrale du Nord qui sont les plus importantes du réseau ainsi que les centrales solaires Sheikh Zayed, éolienne et hydroélectrique de Manantali. (2) IV.1 La centrale du Nord ou centrale duale Mise en service depuis fin 2015, la centrale du Nord appelée également Centrale duale est la plus grosse des centrales installées à Nouakchott. Elle est composée de 12 groupes électrogènes fonctionnant au fioul lourd et au gaz naturel d'une puissance totale de 180 MW et des dispositifs de contrôle et de commande et des auxiliaires électromécaniques et électriques nécessaires au fonctionnement de l’installation. La structure comporte aussi deux postes d'évacuation de l'énergie de capacités 11/33 et 33/225 KV et un parc de combustibles d'une capacité totale de stockage de 12000m cube. IV.2 La centrale Arafat 1 La centrale Arafat 1 est située dans la partie sud de la ville, à la limite entre les quartiers Arafat et El Mina, au bord de la route menant à Rosso. Elle est de type thermique. Le bâtiment abrite 6 groupes Diesel fonctionnant au HFO d’une puissance nominale installée de 7MW chacun. La puissance disponible de ces groupes est toutefois limitée à 5.5 MW, ce qui confère à la centrale une puissance disponible de 38,5 MW. Les groupes G1 à G4 sont de la marque MAN et Son du type 9L52/55B. Ils ont été mis en service en 1989 et ont été déclassés en 2013. Les groupes G5 et G6 sont également de la marque MAN et sont du type 9L48/60B. Ils ont été mis en service en 2001 et seront déclassé (remplacées) par de nouveaux groupes) en 2021. Tous les groupes de cette centrale génèrent leur puissance à une tension de 5,5 kV. Quatre d’entre eux (G1 à G4) injectent leur énergie sur le jeu de barres 15 kV du poste de répartition 14 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Arafat au travers de leur transformateur bloc respectif 5.5/15 kV. Les deux autres groupes délivrent l’énergie qu’ils produisent sur le jeu de barres 33 kV du poste de répartition, au travers de leur transformateur bloc respectif 5.5/33 kV. IV.3 La centrale Wharf La centrale du Wharf a été mise en service en 2011. Comme son nom l’indique, elle est située dans la zone du Wharf (A l’Ouest de la ville). Elle est du type thermique. Elle a une puissance installée totale de 36 MW et est composée de 3 modules abritant chacun 3 groupes Diesel fonctionnant au fuel lourd (HFO) d’une puissance de 4 MW. Les groupes débitent sur un jeu de barre de 11 kV. L’énergie produite par cette centrale est injectée au réseau de distribution de Nouakchott au niveau du poste Ouest de répartition 33/15 kV qui est situé directement à côté de la centrale au travers de deux transformateurs élévateurs 11/33 kV d’une puissance de 32 MVA. IV.4 La centrale hydroélectrique de Manantali Cette centrale, construite entre 1997 et 2002 au pied du barrage de Manantali (en service depuis1988) a une puissance de 200 MW avec un productible environ de 807 GWh en année moyenne d’hydraulicité. Le réseau de transport HT, long de plus de 1700 km comprend 12 postes de transformation HT/MT au Mali, en Mauritanie et au Sénégal, un Dispatching central à Manantali qui assure la coordination de l’exploitation du Réseau Interconnecté de Manantali (RIMA) avec ceux des Sociétés d’Electricité (SdE) des Etats-Membres de l’OMVS. 15 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Figure 4: Centrale hydroélectrique de Manantali Source : SOGEM La centrale est équipée de cinq groupes Turbine Kaplan de 41MW chacun sous 46 m de chute d’eau. Cinq alternateurs de 47MVA chacun et transformateurs associés, 1 Micro Turbine, Cinq transformateurs de puissance de 11/225kV, 1 Groupe Diesel secours, des équipements auxiliaires et un pont roulant. Toutes les consignes peuvent être modifiées à l'aide de boutons poussoirs. Le synoptique est relié directement à l'automate de commande. Toutes les valeurs analogiques (tension, courant, puissance active, puissance réactive, consigne d'ouverture, vitesse etc.) nécessaires pour la conduite d'un groupe sont affichées sur des instruments de mesure. Les cinq groupes possèdent un synoptique avec instruments de mesure permettant la conduite de la centrale. Les opérations sont pilotées numériquement. Dès qu'un paramètre change, tel le débit du fleuve, la régulation s'effectue numériquement par des commandes passées aux turbines dont les pales s’ajustent automatiquement à l’écoulement présent dans l’installation hydroélectrique. Le dispatching Il assure la coordination de l’exploitation du réseau interconnecté de L’OMVS, veille au maintien de la tension et de la fréquence et assure toutes les manœuvres sur le réseau interconnecté de Manantali. Le dispatching renferme également les interfaces des équipements de télécommunication, de rapatriement des données des Postes HT pour les télémesures, les télésignalisations et les télécommandes. 16 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Ce réseau de transport est équipé d’un Câble de Garde à Fibres Optiques (CGFO), financé en partie par des opérateurs historiques de la téléphonie: Mauritel et SONATEL (ayant déjà des installations nécessaires). La fibre optique est utilisée pour la télé conduite, la télé action et la téléphonie d’exploitation pour le projet ainsi que pour les télécommunications publiques par les opérateurs de télécommunication. Le poste de livraison 225/33kV de l’OMVS Le poste de livraison 225/33 kV de l’OMVS est situé au sud de la ville de Nouakchott, à proximité de la centrale Arafat 1. Ce poste est constitué des équipements suivants : Une travée d’arrivée qui accueille la ligne 225 kV en provenance du poste de Rosso Deux travées 225 kV transformateurs Une travée réactance Deux transformateurs 225/33 kV de 75 MVA Une réactance de 20 MVar Un bâtiment de contrôle commande abritant également le poste 33 kV. Ce poste injecte l’énergie en provenance de la centrale Hydroélectrique de Manantali au poste de répartition 33/15 kV Arafat de la SOMELEC. Figure 5: Vue du poste de livraison 225/33kV de l’OMVS Source : SOGEM 17 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 IV.5 La centrale solaire Sheikh Zayed La centrales solaire SHEIKH ZAYED inaugurée le 14 Avril 2013est située au Nord-Est de la ville de Nouakchott et couvre une superficie de 30ha avec une puissance installée de 15MWc. Elle est opérationnelle depuis le 14 Mars 2013. Entre Juillet 2015 et Février 2016, la production a oscillé entre 10,73 MW et 12,167 MW avec des Coefficient Moyenne Charge allant de 39,38% à 50,12%. L’énergie produite par cette centrale est injectée au réseau de distribution de Nouakchott au niveau du poste Nord de répartition 33/15 kV situé à proximité de la centrale au travers de 9 transformateurs élévateurs 400V/33 kV d’une puissance de 1,6 MVA chacun. (2) La figure6 illustre la constitution de la centrale DC Modules photovoltaïque DC Coffret de regroupement Onduleur AC AC LV HV Transformateur AC Armoire électrique Réseau Figure 6:Schéma synoptique de la centrale solaire Sheikh Zayed Les équipements qui constituent la centrale sont: Les modules photovoltaïques Le nombre total des modules photovoltaïques Masdar utilisés est de 29.826 d’une surface unitaire de 5,72 m2 par module. Deux technologies de couches minces différentes ont été utilisées, le silicium amorphe (a- Si) et micromorphes (a- Si / μc -Si). La puissance installée totale est de 15003000 Wc soit 15 MWc. Les panneaux du type Amorphe Silicon installés sont constitués de deux types : 18 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 - type 1 : 1296 panneaux de Puissance égale à 410W chacun - type 2 : 3690 Panneaux de puissance égale à 420W chacun Les panneaux du type silicium Micromorphe installés sont constitués de 24840 panneaux de puissance variant entre 470W à 560W. (2) Le tableau1 récapitule les caractéristiques des modules PV utilisés. Tableau 1: caractéristiques des modules PV Source: Présentation de la centrale solaire Cheikh Zayed Les boitiers de jonction : Ce sont des boitiers de connexion, ils sont utilisés pour simplifier le câblage des panneaux photovoltaïques de la centrale et offrir une protection contre les surtensions et les surintensités. 117 boitiers de jonction ont été installés dans la centrale. Ci-dessous, à la figure7, des photos illustratives. 19 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Figure 7: Boitier de jonction Les onduleurs L’onduleur photovoltaïque joue le rôle d’interface entre le champ photovoltaïque et le réseau électrique. Il fonctionne uniquement en journée pendant les heures d’ensoleillement en convertissant le courant continu du champ photovoltaïque en courant alternatif. La tension de sortie des onduleurs est couplée en triphasée puis élevée par un transformateur qui injecte directement l’énergie produite sur le réseau de distribution. Au total dix-sept (17) onduleurs DC / AC de type SMA Solar Technology sont installés dans la centrale. Il existe deux tailles différentes d'onduleurs utilisés, 16 onduleurs de 760 kW et un onduleur de 500 kW. Les caractéristiques de chaque onduleur sont résumées dans le tableau2. 20 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Tableau 2: Caractéristiques des onduleurs Source : Présentation de la centrale solaire Cheikh Zayed IV.6 La centrale éolienne 30MW de Nouakchott Elle est composée de 15 éoliennes de 2 mégawatts chacune réparties en trois lignes, pour une puissance totale de 30 mégawatts, des dispositifs de contrôle commande, les instruments électriques nécessaires au fonctionnement de l’installation, un poste de livraison d’énergie de 33 kV et de 2 liaisons de connexion de 33 kV d’une longueur totale de 26 kilomètres. 21 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien Tableau 3: Paramètres de la machine asynchrone Paramètre Valeur Puissance apparente nominale (MVA) 2,04 Puissance active nominale (MW) 2 Tension nominale du rotor (V) 220 Tension nominale du stator (V) 690 Résistance du stator (Rs) (pu) 0,0065 Résistance du rotor (Rr) (pu) 0,0074 Réactance du stator (Xs) (pu) 0,0972 Réactance du rotor (Xr) (pu) 0,1049 Réactance de magnétisation (Xm) (pu) 5,572 Moment d'inertie (H) (kgm2) 195 Vitesse nominale du rotor (rpm) 15,83 Source: GAMESA, cahier technique des turbines éoliennes Gamesa G97 Figure 8: Caractéristique « puissance électrique vs vitesse du vent » de la turbine Source: GAMESA, cahier technique des turbines éoliennes Gamesa G97 22 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien Figure 9: Parc éolien de Nouakchott 23 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 V. PRODUCTION DES CENTRALES ET CONSOMMATION EN COMBUSTIBLE ET LUBRIFIANT Dans cette partie, nous allons effectuer une collecte de données pour évaluer la production des centrales thermiques, la contribution des énergies renouvelables ainsi que la consommation en combustible et lubrifiant sur la période de juillet 2015 (mise en service de la centrale éolienne) à février 2016. V.1 Production totale des centrales thermiques – analyse de l’évolution Les centrales thermiques qui composent le réseau interconnecté de la SOMELEC sont: les centrales de Nouakchott (Arafat 1, Arafat 2, Wharf et Nord) ainsi que celles de certaines villes environnantes telles que Rosso, Boghe, Kaédi et Selibaby. Ces dernières étant des villes peu peuplées, la quasi-totalité de leur besoin en électricité est couvert par la centrale hydroélectrique de Manantali. Le tableau1 montre l’énergie totale fournie par chaque centrale. On note une production négative pour certaines centrales, cela est dû à la mise en arrêt de leurs groupes électrogènes et fonctionnement des appareils auxiliaires. (3) Tableau 4: Production des centrales thermiques de Jui.15 à Fév.16 Production (en kWh) Centrale 2015 2016 Juillet Aout Septembre Octobre Novembre Décembre Janvier Février Centrale Arafat 1 6 388 7 161 7 452 6 027 695 839 1 500 1 253 Centrale Arafat 2 697 0 0 0 0 0 0 0 Centrale Wharf 10 279 10 296 9 394 7 617 1 143 2 201 1 800 2 310 Centrale Nord 26 229 24 204 24 659 24 356 25 012 21 061 20 661 21 310 Centrale Rosso -0,2 -0,4 -0,3 -0,3 -0,3 -0,3 -1 -0,3 Centrale Kaédi -3,7 -3,7 4,7 -9,6 1,8 -9,4 9,7 -9,4 Centrale Selibaby -1,3 4,6 -2,3 3,1 -0,5 26,1 14,2 87,3 Centrale Boghe -0,4 -0,3 -0,5 -0,4 -0,4 -0,1 3,9 -0,3 TOTAL 43 587 41 661 41 507 37 993 26851 24117 23 988 24 950 24 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 La figure10 ci-dessous permet de voir l’évolution de la part des énergies fossiles en fonction du temps. On remarque que la contribution des centrales thermiques diminue progressivement jusqu’en décembre où elle commence à se stabiliser. Cette baisse est le résultat des dispositions prises par les gestionnaires de réseau pour une exploitation optimale des centrales ENR : Suppression de la centrale Arafat 2 Interruption de l’export vers le Sénégal du productible des centrales hydroélectriques de l’OMVS disponible à la Mauritanie. Une prévision correcte et fiable de l’énergie disponible des sources ENR. Cette mesure a favorisé leur meilleure exploitation mais aussi un stockage de l’ énergie pendant les périodes de grands vents et les heures de fort ensoleillement pour être utilisée pendant les heures de pointe grâce à l’utilisation des réservoirs des unités hydroélectriques de l’OMVS. 50 000 45 000 Production (en kWh) 40 000 35 000 30 000 25 000 20 000 15 000 10 000 5 000 0 Figure 10: Production des centrales thermiques de Jui.15 à Fév.16 25 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 V.2 Production des centrales d’énergie renouvelable Dans le contexte actuel d’instabilité du prix et d’épuisement des réserves de pétrole, le parc de production d’électricité à partir des énergies renouvelables a été renforcé avec la mise en service du parc éolien 30 MW de Nouakchott à partie du mois de juillet 2015. Ces centrales, bien que dépendantes des conditions climatiques, ont un impact considérable sur le système de production de la SOMELEC. Le tableau5 et la figure11 donnent un aperçu de la production d’électricité à partir des sources d’énergie renouvelable. (3) Tableau 5: Production des centrales ENR Production (en kWh) Centrale 2015 2016 Juillet Aout Septembre Octobre 6 810 11 314 7 010 2 015 1 833 5 474 2 944 14 299 16 091 13 603 TOTAL Novembre Décembre Janvier Février 8 022 10 767 8 500 5 380 6 313 64 116 1 883 1 578 1 559 1 583 1 819 1 606 13 876 4 710 6 558 11 369 12 043 11 552 12 334 66 984 16 158 23 695 22 126 18 751 20 253 144 976 Barrage hydroélectrique de Manantali Centrale solaire Centrale éolienne Production (en kWh) TOTAL 80 000 70 000 60 000 50 000 40 000 30 000 20 000 10 000 0 Barrage hydroélectrique de Manantali Centrale solaire Centrale éolienne Figure 11: Production totale de chaque centrale ENR 26 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Pour la période juillet 2015-février 2016, la centrale éolienne a produit une quantité importante d’énergie figure12. Cela peut s’expliquer par la nouveauté des équipements et des conditions météorologiques favorables comme le montrent les données récoltées par les mats de mesure. Elle est suivie de près par le barrage hydroélectrique de Manantali. L’augmentation de la contribution des sources d’énergies renouvelables dans la couverture de la demande est clairement visible figure12. Centrale éolienne 32% Total 68% Figure 12: Production de la centrale éolienne par rapport à la production totale d'énergie renouvelable 70 000 Production (kWh) 60 000 50 000 40 000 30 000 Energie renouvelable 20 000 Thermique 10 000 0 Figure 13: Production mensuelle des centrales thermiques et des sources ENR 27 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 L’évaluation de la part des énergies renouvelables par rapport au thermique (figure14) donne un aperçu sur l’étendu de l’impact des énergies renouvelables sur la production totale injectée sur le réseau. Energie renouvelable 45% Energie Thermique 55% Figure 14: Part du renouvelable par rapport au thermique V.3 Consommation en combustibles et lubrifiant Pour évaluer les gains en combustible et lubrifiant réalisés, nous avons relevé la consommation mensuelle des centrales en fuel, gasoil et huile figure15. Cette dernière a diminué progressivement depuis l’extension du parc d’énergie renouvelable. (3) Consommation (lLitre) 12 000 000 10 000 000 8 000 000 6 000 000 4 000 000 2 000 000 0 Figure 15: Consommation en combustible 28 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Huile Gasoil Fuel Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien VI. 2016 ETUDE DE STABILITE DU RESEAU INTERCONNECTE La stabilité des réseaux est notamment caractérisée par les fluctuations de puissances transitées dans le réseau et se mesure par les variations dans le temps des tensions et fréquences associées. Il faut distinguer : La stabilité en régime statique : le réseau a un comportement stable, c’est-à-dire que, soumis à de petites perturbations, il revient à son point de fonctionnement initial ceci avec d’éventuelles oscillations amorties jusqu’au retour à l’équilibre. La stabilité en régime dynamique : le réseau est apte à éviter tout régime oscillatoire divergent et à revenir à un état stable acceptable. Ceci inclut l’intervention éventuelle des protections et automatismes divers fonction des perturbations envisagées. Les caractéristiques du réseau électrique s’expriment en terme de: - Fréquence : 50 ou 60 Hz selon les pays. - Tension de quelques centaines de volts à quelques centaines de kV, selon qu’on soit au point de raccordement de l’installation au réseau ou au point de livraison. Ces grandeurs de base sont influencées par - l’intensité du courant qui circule dans les lignes et les câbles ; laquelle est liée aux puissances actives et réactives générées, transportées et consommées. - La puissance active est produite par les alternateurs à partir d’énergie thermique ou mécanique, et consommée également sous forme thermique ou mécanique par les récepteurs, - La puissance réactive est produite ou consommée dans tous les éléments du réseau. Il faut noter qu’en régime dynamique, l’énergie active est « stockée » par les machines tournantes (inertie), et que l’énergie réactive l’est également, sous forme magnétique (ex. transformateurs ou machines tournantes) ou capacitive (ex. câbles). 29 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien VI.2 Schéma unifilaire du réseau 30 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 VI.3 Présentation du logiciel NEPLAN Le logiciel NEPLAN est un instrument indispensable pour les utilisateurs de système de planification et d’information des réseaux électriques et de gaz, ainsi que des réseaux d’adduction d’eau. Il permet d’évaluer les perturbations de réseaux aux points de livraison ou aux points de connexion au moyen de tableaux et graphiques. Les données sont saisies selon la feuille de données des règles techniques. Caractéristiques Générales du logiciel NEPLAN Les différentes caractéristiques de l’outil sont : - Simulation de toute sorte et de toute taille de réseau. Algorithmes de calcul puissants récents (incluant la méthode de Newton-Raphson et de Hardy-Cross) - Pas de restriction sur le nombre de nœuds et d’éléments. - Calculs simultanés de tout nombre de réseaux partiaux. - Calcul de la répartition de puissance avec ou sans profils de charge. - Calcul d’optimisation des points de sectionnement et des Réseaux de Distribution - Calcul des Harmoniques. - Calcul des protections et des court-circuit. - Importation de données de consommation mesurées. - Changement des demandes à travers des facteurs de charges globaux, régionaux ou simultanés. - A chaque canalisation les charges de lignes peuvent être connectées (ex. habitations, chauffage, industrielles, ...). 31 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Figure 16: Interface du logiciel Affichage des Résultats sur NEPLAN - Affichage automatique des résultats sur le schéma du réseau. - Coloriage selon les plages de variable (tension, nœud, éléments….). - Mise en surbrillance des éléments surchargés. - Sortie de résultats sur une feuille de calcul comme Excel, avec possibilités de copier/coller dans MS Excel. - Sortie sur fichiers ASCII ou base de données SQL pour évaluation future (ex. MS Excel). - Affichage des résultats dans un gestionnaire de graphiques sophistiqué (ex. barre ou ligne graphique). - Les boîtes de résultats peuvent être déplacées, supprimées, dimensionnées, coloriées et cachées. - Sortie de résultats automatiquement définie : l’utilisateur peut sélectionner les unités, les variables, leur police, leur précision, leur emplacement. 32 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Figure 17: Affichage des résultats VI.4 Analyse statique VI.4.1 Analyse de la répartition de puissance Cette section présente la méthodologie et les résultats pour l’analyse statique du réseau mauritanien. L’objectif de cette partie de l’étude est de déterminer l’impact de l’intégration des sources ENR dans le réseau mauritanien du point de vue statique et aussi déterminer les éventuelles contraintes pour l’intégration des sources ENR. Les calculs réalisés dans cette partie de l’étude sont les suivants : - Analyse de la répartition de puissance ; - Calcul des courants de court-circuit triphasés. Les détails sur la méthodologie employée pour chaque type de simulation, ainsi que les résultats correspondants, sont présentés dans ce qui suit. 33 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 VI.4.1.1 Méthode utilisée La méthode de calcul choisie pour le calcul de la répartition des puissances (load-flow) est la méthode de Newton-Raphson étendu. Les données d’entrée qui permettent le calcul des puissances de transits dans les lignes électriques et la chute de tension au niveau des postes sont : La production électrique : La consommation électrique au niveau des jeux de barre (creux de charge et pointe de charge) : Tension admissible au niveau des nœuds : ±10% Les objectifs du calcul de répartition de puissance sont : Vérifier la conformité des flux de puissance et des niveaux de tension du réseau (plusieurs scénarios modification de la charge dans le temps, restruturation du réseau) Vérifier la tenue des matériels (câbles, conducteurs, transformateur…) Tester et valider des modifications sur le réseau VI.4.1.2 Résultats de simulation Les calculs de répartition de puissance et de courant de court-circuit ont été réalisés avec le logiciel NEPLAN. Pour le calcul de répartition de puissance, deux cas de figures ont été étudiés : d’une part le scénario de base c’est-à-dire mise en marche des unités de production habituelles et d’autre part le démarrage des unités thermiques de Nouadhibou. - Scénario de base Dans ce scénario, la charge totale vaut 175 MW (85 MVar). Le dispatching des unités de production mauritaniennes est présenté dans le tableau6. La production totale à partir des sources ENR est égale à 57,7 MW (production maximale dans les parcs éoliens de Nouakchott et Nouadhibou et dans la centrale solaire Sheikh Zayed). Tableau 6: Allocation des unités de production mauritaniennes (scénario de base) 34 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien P.généré Q.généré (MW) (Mvar) G1_Duale 15 G2_Duale Machine V(pu) Vnom (kV) 4,3 1,046 11 15 4,3 1,046 11 G3_Duale 10 4,3 1,047 11 G4_Duale 10 4,3 1,047 11 G5_Duale 10 4,3 1,047 11 G6_Duale 10 4,3 1,047 11 CCnkt1 40 8,5 1,036 11 CCnkt2 40 8,5 1,041 11 CCnkt3 40 8,5 1,041 11 EONDB 15 0 0,992 11 PV_NKT 12,7 0 1,021 33 0 1,022 33 eolien_NKT 30 2016 Les résultats du calcul de répartition de puissance montrent que la tension en chaque nœud du réseau mauritanien reste dans la marge de ±10% défini dans les critères d’exploitation du réseau excepté ceux aux alentours de Nouadhibou comme l’illustre le tableau8. Aucune surcharge des éléments du réseau de transport (lignes et transformateurs) n’est à signaler. Les pertes actives sur le réseau de transport sont égales à 0,97MW (0,55% de la production totale). Tableau 7: Perte par ligne Un (kV) 35 perte ligne perte ligne (MW) (Mvar) 15 0 33 P perte Q perte transformateur transformateur (MW) (Mvar) 0 0 3,179 0,434 1,198 0 28,722 90 0,004 -0,019 0 0,082 225 1,532 -4,855 0 24,698 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Tableau 8: Surcharge des nœuds: violation des limites inférieures Niveau de tension des nœuds (%) N_PK1_1 89,86 - NDB1 Noeud_3 Noeud1_NDB NDB_2 PK 88,04 88,04 88,04 87,55 Tasiast 87,4 87,16 Site intermédiaire 87,16 SIN PK_1 N_PK1_2 87,16 87,01 85,99 Mise en marche des unités thermiques de Nouadhibou Pour cette deuxième simulation nous avons mis en marche la centrale thermique de Nouadhibou. Les résultats sont présentés dans le tableau9. La conclusion importante de cette partie de l’étude est que le parc éolien de Nouadhibou doit être capable de régler la tension au point de connexion sur le réseau de transport. Ceci est justifié par le fait que le réseau électrique dans la zone de Nouadhibou est exploité en antenne par rapport au reste du réseau. Pour cette raison, si les unités thermiques de Nouadhibou ne sont pas en exploitation (en raison du coût de production plus élevé des centrales à HFO), le contrôle de tension dans cette zone est dégradé et de la puissance réactive doit être fournie par les parcs éolien. Si ces derniers ne sont pas en service en même temps que les centrales au HFO il pourrait avoir des problèmes de contrôle de tension. Tableau 9: Surcharge des nœuds: violation des limites inférieures Niveau de tension des nœuds (%) NDB_2 PK 89,84 PK_1 89,47 88,65 Tasiast 88,42 Site intermédiaire 88,42 SIN N_PK1_2 88,42 86,46 VI.4.2 Calcul des courants de court-circuit Cette section présente les résultats de calcul de courants de court-circuit triphasés sur les jeux de barre 33Kv, 90Kv et 225kV du réseau. Les calculs sont effectués suivant la norme CEI 60909 (VDE 0102) qui s’applique à tous les réseaux, radiaux et maillés, jusqu’à 550 kV. Basée sur le théorème de Thevenin, elle consiste à calculer une source de tension équivalente au point de court-circuit pour ensuite déterminer le courant en ce même point. Toutes les alimentations du réseau et les machines synchrones et asynchrones sont remplacées par leurs impédances. 36 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Résultats des simulations Les résultats du calcul des courants de court-circuit sont présentés dans tableau10. Il doit être observé que le niveau de court-circuit est élevé (supérieur à 20 kA) au niveau des jeux de barre 33kV Centrale duale_1, Poste Ouest, Arafat_1 et N_PK1_2. Les niveaux élevés de courtcircuit dans ces nœuds sont dus à la concentration de la production à Nouakchott (centrales Duale et à Cycle Combiné) et à la proximité entre les postes 33 kV dans la ville de Nouakchott. Les résultats montrent aussi que les niveaux de court-circuit dans le scénario « Avec centrales ENR » sont inférieurs aux niveaux dans le scénario de base. Ce comportement est expliqué par le fait que les centrales ENR ont une contribution aux courants de court-circuit inférieure par rapport à celle des centrales de production classiques. Tableau 10: Courants de court-circuit triphasés Icc (kA) Nœud V (kV) SIN Scénario de base Avec centrales ENR 33 15,107 14,908 Centrale duale 225 9,201 9,106 Centrale duale_1 33 28,911 27,303 NDB_2 90 7,744 7,362 PK 90 8,052 7,699 PK_1 225 3,684 3,565 Arafat_1 33 25,945 22,138 Arafat 225 2,742 2,439 Poste Nord 33 24,5 22,88 Poste Ouest 33 26,119 25,861 Site intermédiaire 225 4,25 4,144 N_PK1_2 33 24,724 24,548 N_PK1_1 33 10,146 10,436 Tasiast 225 4,129 4,029 L’analyse des courants de court-circuit indique qu’il n’y a aucune contrainte à la connexion des centrales ENR au réseau Mauritanien liée aux niveaux minimaux de courant de courtcircuit pour le raccordement des centrales ENR. Pour le reste du réseau le niveau de court-circuit sur les jeux de barre (JDB) 33kV Centrale duale_1, Poste Ouest, Arafat_1 et N_PK1_2 sont assez élevés. Ces valeurs élevées ne sont pas dues à la présence des nouvelles centrales ENR, mais à la concentration de centrales de production thermiques sur le réseau de NKT. En raison de l’absence d’informations détaillées 37 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 sur la topologie du poste « Duale », il est supposé qu’il est équipé en simple JDB dans les niveaux 33 kV et 225 kV. De manière à contourner le problème de courant de court-circuit trop élevé, les alternatives suivantes sont suggérées : Remplacement des éléments des niveaux de coupure plus élevés: - Centrale duale_1 33 kV : 40kA ; - Poste Ouest 33 kV : 31.5 kA ; - Arafat_1:31.5 kA; - N_PK1_2: 31.5 kA. Si possible, modification de la topologie du poste « Duale » en passant d’un simple JDB vers une topologie avec double JDB. Cette modification permet la réduction du courant de court-circuit dans le JDB 33 kV du poste « Duale ». Sinon, rajouter des limiteurs de courant de court-circuit (réactances). Pour l’exploitation future du système électrique mauritanien, les dispatcheurs devront maintenir le niveau de court-circuit en dessous des niveaux max des appareilles de coupure. La fonction de calcul de court-circuit devra être incluse dans les spécifications pour les nouveaux outils de calcul du centre de conduite national. VI.5 Analyse dynamique Cette partie présente la méthodologie et les résultats pour l’analyse dynamique du réseau Mauritanien pour les années cibles de 2014, 2016 et 2020. L’objectif de cette partie de l’étude est de déterminer l’impact de l’intégration des sources ENR dans le réseau Mauritanien du point de vue dynamique et aussi déterminer les éventuelles contraintes pour l’intégration des sources ENR. Les simulations réalisées dans cette partie de l’étude sont les suivantes : Analyse de stabilité transitoire : - Calcul des temps critiques d’élimination des défauts et comparaison aux performances des dispositifs de protection (temps d’élimination de défaut). - Analyse de l’impact des courts-circuits triphasés et détermination des caractéristiques de tenue aux creux de tension requise de chaque centrale ENR á leur point de raccordement au réseau. Analyse de stabilité en fréquence : 38 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Toutes les simulations dynamiques sont réalisées à l’aidé de l’outil EUROSTAG de GDF Suez. Les détails sur la méthodologie employée pour chaque type de simulation, ainsi que les résultats correspondants, sont présentés dans ce qui suit. VI.5.1 Analyse de stabilité transitoire: L’objectif de l’étude de stabilité transitoire est de vérifier la capacité du système à supporter des défauts dans le réseau sans que cela entraine des pertes de synchronisme de machines ou autres effets déstabilisants pour le réseau. Cette étude est divisée en deux parties : Calcul des temps critiques d’élimination des défauts (CCT) et validation avec les paramètres des dispositifs de protection ; Analyse de l’impact des court-circuites triphasés et détermination des Caractéristiques de tenue aux creux de tension de chaque centrale ENR dans leur point de connexion au réseau. Le temps de base d’élimination des défauts est égal à 100 ms. Les CCT sont calculé pour des temps d’élimination en back-up. Les résultats de cette partie de l’étude permettront de justifier les recommandations pour les paramètres des protections et les caractéristiques de tenue aux creux de tensions qui seront applicables aux nouvelles centrales ENR à installer sur le réseau mauritanien. Les suggestions qui seront émises ici donnent une indication des temps maximaux d’élimination de défaut. Cependant, les réglages de protections doivent faire l’objet d’une étude détaillée tenant en compte des aspects tels la sélectivité, la sécurité ou encore la coordination du plan de protection. Résultats des simulations : Les résultats des calculs des temps critiques d’élimination des défauts sont présentés dans le tableau11. Les CCT les plus bas sont situés aux niveaux 33 kV et 225 kV dans le poste de la Centrale Duale, ainsi que dans le niveau 225 kV du poste d’Arafat. 39 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 CCT (ms) Vnom Nœud (kV) Scénario de base Scénario Max ENR " temps d'élimination Pointe Creux Pointe Creux maximale de défauts (ms)" Arafat 225 359 309 344 309 309 Arafat_1 33 >500 447 >500 450 447 Centrale duale 225 309 278 297 278 278 Centrale duale_1 33 322 316 313 322 313 N_PK1_1 33 >500 >500 >500 >500 500 N_PK1_2 33 >500 >500 >500 >500 500 NDB_2 90 >500 >500 >500 >500 500 PK 90 >500 >500 >500 >500 500 PK_1 225 >500 >500 >500 >500 500 Poste Nord 33 >500 >500 >500 >500 500 Poste Ouest 33 >500 >500 >500 >500 500 SIN 33 >500 >500 >500 >500 500 Site intermédiaire 225 >500 >500 >500 >500 500 Tasiast 225 >500 >500 >500 >500 500 Tableau 11: Temps critiques d’élimination (année 2016, scénario de base et « Max ENR ») Les figures ci-dessous illustrent le phénomène de perte de synchronisme d’une unité. On y observe la réponse dynamique du système après un court-circuit triphasé au nœud Centrale duale 225 kV éliminé en un temps inférieur au CCT (figure18 et figure20 ) et en un temps supérieur au CCT (figure19 et figure21) 40 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Figure 18: Voltage au nœud Duale 225 kV - Défaut éliminé en un temps inférieur au CCT On remarque que dans le cas où le défaut triphasé est éliminé avant le Temps Critique d’élimination de défaut (CCT), la tension au nœud Centrale duale oscille légèrement entre 0 pu et 3,1 pu avant de revenir à la normale en 300 ms. Figure 19: Voltage au nœud Duale 225 kV - Défaut éliminé en un temps supérieur au CCT 41 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Cependant, si le défaut est éliminé après le CCT, la tension du nœud hausse jusqu’à 6,3pu et le système prend plus de temps pour se stabiliser (800 ms). figure19 Figure 20: Vitesse angulaire du groupe G1_duale- défaut éliminé en un temps inférieur au CCT Figure 21: Vitesse angulaire du groupe G1_duale- défaut éliminé en un temps supérieur au CCT 42 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Les figure19 et figure21 illustrent le différent comportement du système selon que le courtcircuit triphasé est éliminé avant ou après le CCT. Dans le second cas le groupe G1_duale perd le synchronisme pendant plus longtemps. Calculs du gabarit de tenue aux creux de tension (LVRT) La tenue aux creux de tension ou LVRT est une exigence prévue par les règlements techniques afin de maintenir les générateurs connectés au réseau en cas de tension transitoirement basse, en particulier après un court-circuit. Les codes de réseau imposent généralement un gabarit de tension au-delà duquel les unités doivent être capables de rester connectées. Ce gabarit est une courbe dans le plan tension en fonction du temps. La caractéristique LVRT d’un réseau est obtenue par simulation des court-circuit sur chaque nœud du réseau éliminé en temps de protection back-up. Les courbes transitoires de tension, sur chaque nœud et pour chaque défaut, sont comparées et l’enveloppe obtenues minimale de toutes les courbes détermine la caractéristique LVRT recherchée qui sera imposée aux ENR du système. Bien que semblables, ces courbes peuvent différer d’un système à l’autre en fonction des caractéristiques du parc ; de la structure du réseau et de la nature de la charge. Les résultats des simulations visant à l’obtention de la caractéristique LVRT du système sont présentés à la figure24. Figure 22: Caractéristique LVRT du réseau La figure25 présente la caractéristique LVRT pour le réseau mauritanien. Les valeurs présentées sur le tableau12 sont recommandées. 43 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Figure 23: Caractéristique LVRT typique VI.5.2 Analyse de stabilité de fréquence L’objectif de l’étude de stabilité de fréquence est de vérifier la capacité du système à surmonter les phénomènes transitoires qui font suite à des déséquilibres de puissance, et donc de vérifier l’ aptitude du système à passer des conditions de fonctionnement avant incident aux conditions finales en restant stable et ça, dans la mesure du possible, sans activer les plans de défense tels que le délestage de charge par sous-fréquence. VI.5.2.1 Définition des niveaux minimaux de la réserve tournante Afin de corriger rapidement tout écart de fréquence dans les grands réseaux électriques, chaque gestionnaire de réseau de transport met à disposition dans sa zone une réserve de puissance active (réserve tournante) qui est rapidement mobilisée en fonction des besoins nécessaires à l’équilibre. Les niveaux minimaux de la réserve tournante assurés par chaque pays desservi par le réseau de l’OMVS sont consignés dans le figure13. Tableau 12: Niveau de réserve tournante Participation dans la Mauritanie Sénégal Mali 14,6 74,5 37,9 20 60 50 réserve tournante (%) Réserve (MW) 44 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 En considérant le développement de la nouvelle liaison « Nouakchott-Tobène » et du réseau interne du Mali, le réseau mauritanien sera interconnecté avec les réseaux du Sénégal et du Mali de manière relativement plus forte. En conséquence, les trois systèmes doivent partager la réserve tournante de manière proportionnelle à la charge de pointe de chaque système. La plupart des systèmes électriques sont conçus pour que dans des conditions normales d'exploitation, la réserve tournante soit toujours au moins égale à la capacité du plus grand générateur plus une fraction de la pointe de charge. La valeur totale de la réserve tournante est égale à 130 MW (taille de la plus grosse machine du réseau du Sénégal). VI.5.2.2Résultats des simulations Cette section présente les résultats des simulations dynamiques pour l’analyse de la stabilité de fréquence du réseau mauritanien dans les scénarios de pointe et creux de charge de l’année 2016. Les évènements simulés sont ceux considérés comme étant les plus critiques du point de vue de la stabilité de fréquence c’est-à-dire la perte de l’unité de plus grande taille. Nous avons considéré la nouvelle centrale à cycle combiné de Nouakchott comme étant la plus grosse unité. Creux de charge Dans ce scénario, la charge est initialement alimentée par la Centrale à Cycle Combiné de NKT (exploité à sa capacité nominale), la Centrale Duale et les parcs éoliens de Nouakchott et de Nouadhibou. L’import d’énergie des centrales hydroélectriques de l’OMVS (Manantali et Félou) est nul. L’export de la Mauritanie vers le Sénégal est d’environ 130 MW. Le creux de la charge se trouve en soirée, où l’irradiation solaire est nulle. Par conséquent, la production des centrales solaires PV de NKT-Nord et NKT-Est est supposé être nulle dans ce scénario. La production des parcs éoliens de NKT et NDB est supposée égale à leurs capacités nominales (30 MW et 25 MW, respectivement). - Les résultats des simulations dynamiques de l’incident correspondant à la déconnexion d’une turbine à gaz (TAG) de la centrale CC de NKT (voir figure26), qui est l’incident le plus critique de ce scénario, montrent qu’aucune protection de machine n’est activée après 45 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 l’incident et que le système est stable. La fréquence moyenne du réseau diminue jusqu’à 49.49 Hz avant de remonter à 49.68 Hz (les critères de fréquence sont respectés). La déconnexion de la TAG1 de la centrale CC de NKT résulte en la réduction d’environ 40 MW de l’export vers le Sénégal. Chute de puissance sur la ligne Duale-Arafat (vert) et Chute de fréquence sur le réseau SIN-Tasiast (mauve) Figure 24: Résultat de simulation dynamique - déconnexion de la machine « CCTG NKT GT1 » - Les résultats des simulations dynamiques de l’incident correspondant à la déconnexion du parc éolien de NKT (voir figure27) montrent qu’aucune protection de machine n’est activée après l’incident et que le système est stable. La fréquence moyenne du réseau diminue jusqu’à 49.62 Hz avant de remonter à 49.83 Hz (les critères de fréquence sont respectés). La déconnexion du parc éolien de NKT résulte en la réduction d’environ 22 MW de l’export vers le Sénégal. 46 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Chute de puissance sur la ligne Duale-Arafat (vert) et Chute de fréquence sur le réseau SIN-Tasiast (mauve) Figure 25: Résultat de simulation dynamique - déconnexion du parc éolien de NKT Pointe de charge Dans ce scénario, la charge est alimentée par la Centrale à Cycle Combiné de NKT (exploité à sa capacité nominale), par la Centrale Duale, par les parcs éoliens de Nouakchott et de Nouadhibou et par les centrales solaires PV de NKT-Nord et NKT Est. La partie mauritanienne de l’énergie des centrales hydroélectriques de l’OMVS (Manantali et Félou) est exportée vers le Sénégal. La production des centrales solaires PV de NKT-Nord et NKT-Est est supposée égale à leurs capacités nominales (12.7 MW nette et 30 MW, respectivement). La production des parcs éoliens de NKT et NDB est supposée égale à leurs capacités nominales (30 MW et 25 MW, respectivement). L’export de la Mauritanie vers le Sénégal (en considérant le swap avec le Sénégal de la partie de la production des centrales de l’OMVS réservé à la Mauritanie) est d’environ 150 MW. - Les résultats des simulations dynamiques de l’incident correspondant à la déconnexion d’une TAG de la centrale CC de NKT (voir figure28), qui est l’incident le plus critique de ce scénario, montrent qu’aucune protection de machine n’est activée après l’incident et que le système est stable. La fréquence moyenne du réseau diminue jusqu’à 49.69 Hz avant de remonter à 49.81 Hz (les critères de fréquence sont respectés). La déconnexion de la TAG1 de la centrale à Cycle Combiné de Nouakchott résulte en la réduction d’environ 43 MW de flux sur les lignes d’interconnexion entre la Mauritanie et le Sénégal. 47 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien Chute de fréquence 2016 Chute de puissance sur la ligne Duale-Arafat (vert) et SIN-Tasiast (mauve) Figure 26: Résultat de simulation dynamique - déconnexion de la machine « CCTG NKT GT1 » - Les résultats des simulations dynamiques de l’incident correspondant à la déconnexion de la centrale solaire PV Sheikh Zayed (voir figure29) montrent qu’aucune protection de machine n’est activée après l’incident et que le système est stable. La fréquence moyenne du réseau diminue jusqu’à 49.68 Hz avant de remonter à 49.84 Hz (les critères de fréquence sont respectés). La déconnexion du parc éolien de NKT résulte en la réduction d’environ 35 MW de flux sur les lignes d’interconnexion entre la Mauritanie et le Sénégal. Chute de fréquence Chute de puissance sur la ligne Duale-Arafat (vert) et SIN-Tasiast (mauve) Figure 27: Résultat de simulation dynamique - déconnexion de parc solaire de NKT 48 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien - 2016 Les résultats des simulations dynamiques de l’incident correspondant à la déconnexion du parc éolien de NKT (voir figure30) montrent qu’aucune protection de machine n’est activée après l’incident et que le système est stable. La fréquence moyenne du réseau diminue jusqu’à 49.77 Hz avant de remonter à 49.89 Hz (les critères de fréquence sont respectés). La déconnexion du parc éolien de NKT résulte en la réduction d’environ 25 MW de flux sur les lignes d’interconnexion entre la Mauritanie et le Sénégal. Figure 28: Résultat de simulation dynamique - déconnexion de parc éolien de NKT 49 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 VI.6 Résultats et discussion VI.6.1 Analyse de stabilité transitoire Les résultats de l’analyse de stabilité transitoire montrent que l’intégration des centrales ENR au réseau mauritanien réduits les temps critiques d’élimination des défauts et, par conséquence, dégrade les performances en stabilité transitoire. Ce phénomène est expliqué par le fait que les centrales ENR (unités d’inertie réduite) se substituent aux unités thermiques classiques et, par conséquence, l’inertie globale du système diminue et l’injection de courants de court-circuit pas les générateurs ENR est plus bas par rapport aux unités classiques. Cependant, il doit être observé que les temps critiques d’élimination de défaut (CCT) dans les nœuds identifiés comme critiques dans les résultats des simulations sont bas même sans la présence des centrales ENR. La conclusion est que ces niveaux de CCT relativement faibles sont une caractéristique plutôt intrinsèque du réseau mauritanien. Cet aspect est amplifié par l’introduction de centrales ENR. La caractéristique de tenue au creux de tension du réseau mauritanien a été obtenue à partir des simulations de court-circuit sur chaque nœud du réseau éliminé en temps de protection back-up. Les courbes transitoires de tension sur chaque nœud et pour chaque défaut sont comparées et le minimum de toutes les courbes est utilisé pour déterminer la caractéristique LVRT du système. Les recommandations pour les critères de LVRT du système mauritanien sont présentées dans la figure31 et le tableau14. Figure 29: Caractéristique LVRT typique 50 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Tableau 13: Paramètres de la caractéristique LVRT du réseau mauritanien V1 (pu) V2 (pu) V3 (pu) t1 (s) t2 (s) t3 (s) t4 (s) 0,45 0,65 0,85 0,5 0,7 1,3 2 Les recommandations suivantes sont proposées: Utiliser des constantes de temps des contrôleurs de tension plus basse et augmenter le niveau de plafond des tensions d’excitation ; Équiper les turbines à vapeur des centrales à cycle combiné avec des dispositifs de fermeture rapide des vannes pour améliorer la stabilité transitoire du réseau ; Accélérer la réponse des dispositifs de protection. Les résultats du LVRT (tenue aux creux de tension) sont contraignants mais sont basés sur des hypothèses et les informations collectées auprès de la SOMELEC. Les résultats peuvent être améliorés en diminuant les temps critiques d’élimination de défaut. Il est recommandé d’harmoniser et accélérer les protections installées sur le réseau sur base d’une étude de protections détaillée. VI.6.2 Analyse de stabilité en fréquence Les résultats de l’analyse de stabilité de fréquence pour les incidents les plus critiques montrent qu’il n’y a pas de problème de stabilité ou de violation des critères d’exploitation du réseau. Les contingences d’unité de production dans le réseau mauritanien résultent en une réduction de l’export d’énergie vers le Sénégal. Cette situation se produit également en cas de réduction de la de vitesse du vent ou d’irradiation solaire (variation de production des centrales ENR). Les recommandations suivantes sont formulées en suivant les résultats d’analyse de stabilité de fréquence: En cas d’exploitation en îlotage (situation d’urgence), le niveau de réserve tournante doit être adapté de manière à être égale à la taille de la plus grosse unité du système) ; Les parcs éoliens doivent être capables de réduire leurs productions en situation de surproduction d’énergie. Ce type de situation peut arriver suite à la perte des liaisons vers le Sénégal ou en situation d’îlotage de la zone de Nouadhibou. 51 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 En considérant le niveau de pénétration attendue des sources ENR, une prévision correcte et fiable de l’énergie disponible des sources ENR est une condition essentielle pour pouvoir exploiter le système en sécurité. Les fonctions de prévision de production renouvelable devront être incluses dans les outils à disposition des dispatchers mais aussi dans les processus de planification à court terme (planification opérationnelle). 52 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 VII. CONCLUSION ET PERSPECTIVES: RECOMMANDATIONS POUR L’INTEGRATION DES CENTRALES ENR VII.1 Conclusion générale Compte tenu des résultats obtenus dans l’évaluation de la part des énergies renouvelables dans la couverture de la demande, nous pouvons dire qu’on est parvenu à atteindre l’objectif de généralisation de l’accès à l’électricité et de diversification des sources d’énergie. En effet avec un taux de couverture de 45% en 2016, la production d’électricité avec les énergies renouvelables connait un essor considérable au cours de ces 3 dernières années. Leur injection au réseau a nécessité une révision de la stabilité et de la sécurité de ce dernier. Cependant le raccordement des centrales ENR ne présentent aucune Il en résulte une élaboration de perspectives et recommandations pour assurer d’une part la sécurité du réseau et d’autre part une meilleure utilisation des unités de production. VII.2 Recommandations pour le raccordement des centrales ENR Au terme de notre étude, nous allons établir une liste d’e.xigences techniques minimales et de règles de raccordement des centrales ENR connectées au réseau électrique mauritanien. VII.2.1 Tolérance pour les déviations de tension et fréquence - La centrale ENR doit être capable de rester connectée pour des écarts de fréquence et de tension au point de raccordement dans des conditions d'exploitation normales et anormales décrites dans ce code de raccordement au réseau, tout en réduisant la puissance active le moins possible. - La centrale ENR doit être capable de supporter les variations de fréquence du réseau et d’opérer de manière stable en conformité avec les exigences de ce code de raccordement au réseau. - Les conditions de fonctionnement normales et les conditions de fonctionnement anormales sont décrites dans la Section 1.1 et 1.2, respectivement. VII.2.1.1Conditions de fonctionnement normal - Les centrales ENR doivent être conçues pour être capables de fonctionner dans la gamme de tension de ± 10% autour de la tension nominale au PDR. 53 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien - 2016 La fréquence nominale du REM est 50 Hz et est normalement contrôlée dans la plage allant de 48.5 Hz à 51 Hz. La centrale ENR doit être conçue pour être capable de fonctionner de manière permanente dans cette plage de fonctionnement. - Lorsque la fréquence sur le Réseau d’Exploitation Mauritanien est supérieure à 52.0 Hz durant plus de 4 secondes, la centrale ENR doit être déconnectée du réseau. - Lorsque la fréquence sur le REM est inférieure à 47.0 Hz durant plus de 200 ms, la centrale ENR peut être déconnectée. VII.2.1.2 Conditions de fonctionnement anormal - La centrale ENR doit être conçue pour résister à des sauts de phase soudains jusqu'à 40° au PDR sans se déconnecter ou réduire sa production. La centrale ENR doit, après une période transitoire, reprendre la production normale (niveau avant-perturbation) au plus tard 5 secondes après que les conditions de fonctionnement au PDR soient revenues à des conditions normales de fonctionnement. - La centrale ENR doit être conçue pour résister et répondre aux conditions de tension décrites dans cette section et illustrées à la figure32. - La centrale ENR doit être capable de résister à des chutes de tension à zéro, mesurée au PDR, pour une période minimale de 0.5 secondes sans se déconnecter, comme indiqué à la figure32. - La centrale ENR doit être capable de résister à des pics de tension allant jusqu'à 120% de la tension nominale, mesurée au PDR, d'une durée minimale de 2 secondes, sans déconnexion, comme représenté sur la figure32. - La figure32 s'applique à tous les types de défauts. La ligne en gras représente la tension minimale (en cas de sous-tension) et maximale (en cas de surtension) de toutes les tensions de phase. 54 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Figure 30: « Voltage Ride Through Capability » pour les centrales ENR VII.2.4 Réponse de fréquence - En cas d'écart de fréquence dans le REM, les centrales ENR doivent être conçues pour être capables de fournir une réponse en puissance active afin de stabiliser la fréquence du réseau. La précision de mesure de la fréquence du réseau doit être au moins égale à ±10 mHz. - En cas de fréquence supérieure à la fréquence nominale, la centrale ENR doit être capable de réduire sa puissance active afin de stabiliser la fréquence conformément à la figure33. La précision de mesure de la fréquence du réseau doit être au moins égale à ±10 mHz. - Lorsque la fréquence sur le REM est supérieure à 50.5 Hz, la centrale ENR doit réduire la puissance active en fonction de la variation de la fréquence, comme illustré sur la figure33. La pointe de cette courbe doit pouvoir être adaptée après la mise en service du parc renouvelable. - Une fois que la fréquence dépasse 52 Hz au-delà de 4 secondes, la centrale ENR doit déclencher pour protéger le REM. 55 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Figure 31: Courbe de réponse « puissance active – fréquence » pour les centrales ENR VII.3 Aspects opérationnels à prendre en compte pour atteindre le niveau de pénétration des sources ENR proposé. Ces aspects sont les suivants : - Coordination de l’utilisation des réservoirs des unités hydroélectriques de l’OMVS pour stocker l’énergie pendant les périodes de grands vents et les heures de fort ensoleillement pour être utilisée pendant les heures de pointe ; - Les procédures d’ordonnancement des moyens de production doivent être optimisés pour permettre les démarrages/arrêts de machines pendant la journée pour maintenir des réserves requises ; - La nécessité d’exploiter les centrales renouvelables sans modulation à la baisse (toute la puissance disponible est injectée sauf pour quelques heures/année) ; - Les centrales à cycle combiné doivent être exploitées en priorité; - La centrale duale est exploite pour permettre la modulation de la production grâce à sa granularité (petites unités avec une bonne capacité de montée en charge) ; - La production des sources ENR doit être accompagnée de prévisions à court terme afin d’optimiser l’utilisation des unités thermiques et de minimiser le nombre de cycles démarrages/arrêts ; - Un système de supervision en temps réel du réseau est nécessaire afin d’optimiser l’exploitation du système et assurer le bon fonctionnement des sources ENR et des unités classiques ; - Les nouveaux parcs renouvelables devraient être contrôlables à distance. Il doit être possible de réduire l'injection de puissance active des parcs en temps réel pour compenser des surproductions ou des surcharges de lignes. 56 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Références bibliographiques 1. Organigramme de la Cellule Etude et Planification. 2. Réseau Interconnecté de l’OMVS (RIO) – Principes Généraux d’Exploitation du Réseau Interconnecté de l’OMVS » (OMVS, Août 2002) 3. Masdar (March 25th, 2013). Photovoltaic System Operations & Maintenance: Mauritania 15MW Solar Power Project : Nouakchott, 2013, 83p. 4. SOMELEC. Rapport d’activités 2015 et 2016. 5. Schneider Electric Cahier technique n° 185: Stabilité dynamique des réseaux électriques industriels. 6. Les pertes en réseau influencées par l'intégration des énergies renouvelables: ELIA Group 2013 7. Plan Directeur de Production et Transport de L’Énergie Électrique en Mauritanie entre 2011 et 2030 – Rapport Provisoire » (INTEC, Novembre 2012) 8. Réseau de Transport d'Electricité de France: Technologies des smart grid 9.Étude_d’interconnexion_des_réseaux_électriques__Sénégal_–_Mauritanie_–_Maroc__Espagne__-_Analyse_préliminaire_3 10. Ph. CARRIVE, "Réseaux de Distribution - Structure et Planification" Techniques de l'Ingénieur, Traité Génie électrique D 4210, 2006 11. Documentation technique de référence Chapitre 3 - Performances du réseau public de transport Article 3.1- Plages de tension et de fréquence normales et exceptionnelles (Version 2 applicable à compter du 24 avril 2009) 12. Schneider Electric, Cahier technique n° 141: Les perturbations électriques en BT. 13. Actualisation du Plan Directeur Révisé des Moyens de Production et de Transport d’Énergie Électrique de la CEDEAO » (Tractebel Engineering, 2011) 14. Étude de Faisabilité de la Ligne HT Nouakchott – Tobène et des Postes HT Associés – Phase I » (Tractebel Engineering, Décembre 2013). 15. Schneider Electric Cahier technique n°158: Calcul des courants de court-circuit i KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Annexes Annexe1 Paramètres du réseau de transport Lignes et câbles Tableau 14:Paramètres des lignes du réseau 225 kV de la SOMELEC Poste 1 Poste 2 Long. (km) Conducteurs R (pu) X (pu) Bsh (pu) 155 630sqmm AAAC 0,0168 0,126 0,1097 49 630sqmm AAAC 0,0053 0,04 0,0692 Centrale duale 252 630sqmm AAAC 0,0269 0,2034 0,3582 Centrale duale 21 630sqmm AAAC 0,0023 0,0172 0,0296 Site PK 41 intermédiaire Site intermédiaire Site intermédiaire Poste Arafat Tasiast Tableau 15:Paramètres des lignes du réseau 90 kV de la SOMELEC Poste 1 Poste 2 Long. (km) Conducteurs R (pu) X (pu) Bsh (pu) Imax Nouadhibou PK 41 49 0900Halm1*228 0,0053 0,0368 0,0753 640 Tableau 16:Paramètres des lignes du réseau 33kV de la SOMELEC Poste 1 Poste Nord Poste 2 Centrale Duale Centrale Poste Duale Centre Centrale Poste Duale Nord-Est Poste Nord Poste Arafat ii Poste Arafat Parc éolen Long. (km) 7,4 15 8 12,6 11 Conducteurs AL 3*1*630mm2 AL 3*1*630mm2 AL 3*1*630mm2 AL 3*1*630mm2 AL 3*1*630mm2 R (pu) X (pu) Bsh (pu) Imax MVA 0,0251 0,0619 0,0098 782 33 0,0328 0,0809 0,0128 782 33 0,0386 0,0952 0,0151 782 33 0,0486 782 33 0,0424 0,1047 0,0166 782 33 0,12 0,019 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 MVA 75 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien - 2016 Transformateurs Tableau 17: Paramètres des transformateurs de transmission Puissance Tension Poste Quantité Centrale duale 3 75 225 Arafat 2 75 Arafat 1 PK 41 Tension Ucc (%) Prises 33 10 ±32% 225 33 10 14,5 33 15 8,88 2 75/65/10 225 90/33 Nouadhibou 2 65 90 90 Rosso 1 20 225 33/15 Rosso 1 10 90 33 10 Boghe 1 10 90 15 10 Kaédi 1 10 90 15 10 apparente (MVA) primaire (kV) secondaire (kV) 15 10 Transformateurs élévateurs Tableau 18:Paramètres des transformateurs du réseau de transport. Poste Quantité Puissance Tension apparente (MVA) primaire (kV) Tension secondaire (kV) Ucc (%) Prises Centrale duale 12 21 33 11 10 Arafat 1 2 10 5,5 330 8 ±5% Arafat 1 2 31,5 15 33 7,34 ±10% Arafat 1 4 10 5,5 15 8 ±5% Arafat 2 7 2 15 11 7 ±5% Wharf 3 32 33 11 7 ±5% CC Nouakchott 1 50 225 11 10 CC Nouakchott 1 100 225 2*11 Centrale th. NDB 2 15 15 11 10 Eolienne NKCHTT 15 2,5 33 0,69 7 PV NKCHTT 1 0,5 33 0,27 6 iii KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien - 2016 Réactances Shunt Tableau 19: Réactances shunt - Réactance Poste Quantité Total (Mvar) Centrale duale (225 kV) 1 25 25 Site intermédiaire (225 kV) 4 25 100 PK 41 (225 kV) 1 25 25 (Mvar) Données dynamiques des unités thermiques Tableau 20: Paramètres du modèle dynamique des alternateurs (part 1) Sn Pn Un Ra Xd X'd X''d (kV) (pu) (pu) (pu) (pu) 0,0043 0,176 1,33 0,28 0,22 0,84 5,5 0,0043 0,18 1,44 0,28 0,225 0,89 0,251 0,29 1,54 11 0,0405 0,15 1,56 0,27 0,16 0,78 0,78 0,18 4 11 0,0081 0,13 1,37 0,22 0,14 0,68 0,3 0,15 10,5 11 0,005 0,172 1,65 0,45 0,3 0,95 0,38 20,798 16,64 11 0,0228 0,15 1,876 0,324 0,198 0,946 0,38 Centrale Unités Arafat 1 G1-G2 10 7 5,5 Arafat 1 G3-G6 8,75 7 Arafat 2 G1-G7 1,924 wharf G1-G9 (MVA) (MW) 5,08 Xl (pu) Xq (pu) X'qw X''q (pu) (pu) 0,24 Centrale thermique de Nouadhibou G1-G2 14,187 Centrale du G1- Nord/Duale G12 CC Nouakchott G1-G3 51,625 40 11 0,0015 0,125 2,46 0,212 0,149 2,25 0,25 0,18 CC SIN G1-G3 51,625 40 11 0,0015 0,125 2,46 0,212 0,149 2,25 0,25 0,18 iv KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Tableau 21:Paramètres du modèle dynamique des alternateurs (part II) T'do T"do T'qo T"qo (s) (s) (s) (s) G1-G2 3,8 0,007 0,06 2 0,0755 Arafat 1 G3-G6 3,4 0,018 0,125 3 Arafat 2 G1-G7 2,1 0,088 wharf G1-G9 3,2 3,8 Centrale Unités Arafat 1 H (s) md=mq nd=nq Régulateur Droop de vitesse (%) 6,391 DIESEL 4 0,0755 6,391 DIESEL 4 0,055 1,11 0,1 6 DIESEL 4 0,073 0,03 1,5 0,1 6 DIESEL 4 0,007 0,06 2 0,067 5,5 DIESEL 4 0,13 1,372 0,1023 7,368 GASENG 4 Centrale thermique de Nouadhibou G1-G2 Centrale du G1- Nord/Duale G12 9,298 0,03 CC Nouakchott G1-G3 10,5 0,05 1 0,05 4,121 0,08 8,8278 STEAMCC 4 CC SIN G1-G3 10,5 0,05 1 0,05 4,121 0,8 8,8275 STEAMCC 4 v KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien Annexe 2: Réseau interconnecté de la SOMELEC vi KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien Annexe 3 : Répartition de puissance vii KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien Annexe 4: Etude de court-circuit viii KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Annexe 5 : Rapport de production de la centrale solaire Cheikh Zayed pour le mois de février 2016 CENTRALE PV15MW févr.-16 Energie Produite Energie livrée au Réseau Energie importée Conso. des Auxiliaires Généraux Production Journalière Maximale Pointe Maximale de Puissance Coefficient moyenne charge Heures de marche moyenne Température moyenne module Vitesse maximale du vent Le: 21 Le: 11 à 13h 5min kWh kWh kWh kWh kWh Kw % heure °C m/s Energie produite(kwh) Energie importée(kwh) Energie livrée(kwh) 70 383 000 68 776 868 1 606 132 Nouveau index Ancien index Diff 1 615 873 1 606 132 480 9 741 73 753 12 167 44,46 9,9 30,3 7,5 1 615 873 480 Coefficient de disponibilité Heure T Onduleur N°:1 Onduleur N°:2 Onduleur N°:3 Onduleur N°:4 Onduleur N°:5 Onduleur N°:6 Onduleur N°:7 Onduleur N°:8 Onduleur N°:9 Onduleur N°:10 Onduleur N°:11 Onduleur N°:12 Onduleur N°:13 Onduleur N°:14 Onduleur N°:15 Onduleur N°:16 Onduleur N°:17 290 290 290 290 290 290 290 290 290 290 290 290 290 290 290 290 290 4930 Heures Indispo C.Dispo Cause de l’arrêt Etat 5 98,28 Entretiens combiners En marche 5 98,28 Entretiens combiners En marche 4 98,62 Entretiens combiners En marche 6 97,93 Entretiens combiners En marche 6 97,93 Entretiens combiners En marche 9 Entretiens 96,90 combiners, onduleurs et salle MT En marche 9 Entretiens 96,90 combiners, onduleurs et salle MT En marche 10 Entretiens 96,55 combiners, onduleurs et salle MT En marche 9 Entretiens 96,90 combiners, onduleurs et salle MT En marche 5 Entretiens 98,28 combiners, onduleurs et salle MT En marche 4 98,62 Entretiens combiners En marche 7 Entretiens 97,59 combiners, onduleurs et salle MT En marche 7 Entretiens 97,59 combiners, onduleurs et salle MT En marche 4 98,62 Entretiens combiners En marche 7 Entretiens 97,59 combiners, onduleurs et salle MT En marche 7 Entretiens 97,59 combiners, onduleurs et salle MT En marche 7 Entretiens 97,59 combiners, onduleurs et salle MT En marche 111 97,75 Coefficient moyen charge ix Energie produite N° jours 1 615 873 29 P.Nomi N° H.F par nale jour coef.M.CH 16*760+ 500 9,9 44,46 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien Annexe 6 : Dispositions des éoliennes : Parc de Nouakchott x KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien 2016 Annexe 7 : Extrait données mat de mesure du parc éolien de Nouakchott (tous les 10mn) (Mât Mét.) Vit. Date horizontale maximale 10 min. xi (Mât Mét.) Vit. horizontale minimale 10 min. (Mât Mét.) Vit. horizontale moy. 10 min. 01/01/2016 00:10:00 11,16 10,1 10,64 01/01/2016 00:20:00 11,81 10,74 11,36 01/01/2016 00:30:00 13,01 7,048 11,26 01/01/2016 00:40:00 13,75 12,73 13,36 01/01/2016 00:50:00 13,28 7,325 10,8 01/01/2016 01:00:00 13,52 7,325 11,83 01/01/2016 01:10:00 13,38 11,16 11,89 01/01/2016 01:20:00 12,18 11,11 11,63 01/01/2016 01:30:00 12,73 10,51 12,01 01/01/2016 01:40:00 11,48 7,232 9,64 01/01/2016 01:50:00 11,81 8,2 9,85 01/01/2016 02:00:00 11,71 8,02 9,91 01/01/2016 02:10:00 11,85 7,279 10,04 01/01/2016 02:20:00 11,02 7,972 9,72 01/01/2016 02:30:00 11,16 8,43 9,93 01/01/2016 02:40:00 11,71 7,972 9,79 01/01/2016 02:50:00 11,67 8,02 9,84 01/01/2016 03:00:00 11,9 8,3 9,9 01/01/2016 03:10:00 11,34 7,694 9,73 01/01/2016 03:20:00 11,07 8,48 9,91 01/01/2016 03:30:00 11,39 7,556 9,85 01/01/2016 03:40:00 10,56 7,14 9,09 01/01/2016 03:50:00 11,3 7,186 8,91 01/01/2016 04:00:00 12,18 8,53 11,07 01/01/2016 04:10:00 11,99 9,27 10,94 01/01/2016 04:20:00 11,67 9,13 10,81 01/01/2016 04:30:00 11,34 6,863 8,62 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016 Etude de l’impact des énergies renouvelables dans le réseau interconnecté mauritanien xii 2016 01/01/2016 04:40:00 11,81 7,694 10,24 01/01/2016 04:50:00 12,18 7,463 10,47 01/01/2016 05:00:00 11,67 9,31 11,11 01/01/2016 05:10:00 11,53 8,8 10,81 01/01/2016 05:20:00 11,39 8,25 10,23 01/01/2016 05:30:00 11,76 8,48 10,23 01/01/2016 05:40:00 11,39 9,03 10,48 01/01/2016 05:50:00 11,25 8,2 10,3 01/01/2016 06:00:00 11,07 7,417 9,46 01/01/2016 06:10:00 11,16 7,556 9,4 01/01/2016 06:20:00 11,16 7,787 9,24 01/01/2016 06:30:00 10,7 7,186 9,08 01/01/2016 06:40:00 10,56 7,463 8,91 01/01/2016 06:50:00 10,79 7,602 9,15 01/01/2016 07:00:00 10,84 7,232 9,28 01/01/2016 07:10:00 10,88 7,232 9,11 01/01/2016 07:20:00 10,24 7,51 9,24 01/01/2016 07:30:00 10,47 7,094 8,74 01/01/2016 07:40:00 10,19 7,325 8,98 01/01/2016 07:50:00 11,21 7,279 9,14 01/01/2016 08:00:00 10,79 7,186 9,09 01/01/2016 08:10:00 10,84 7,186 8,97 KANE Aminata Ciré - Mémoire de fin d’étude, Master 2 GEE 2015/2016
