Modélisation du réseau électrique

07/10/2015
Ecole Supérieure
de
Technologie de
Salé
Systèmes Photovoltaïques raccordés au réseau
électrique
destinée aux Doctorants Marocains des filières
photovoltaïques
Université Mohammed V -Rabat
Ecole Supérieure de Technologie de Salé
Professeur: Med TAJAYOUTI
[email protected]
Réseau électrique, power quality et étude de l’impact de l’injection de
l’énergie électrique PV
05-08 Octobre 2015
1
Les modules
Module 1 : Le réseau électrique
Module 2 : Aperçu sur la qualité d’un réseau électrique et
les normes appliquées aux PV connectés au réseau
Module 3 : Aperçu sur le réseau national marocain
Module 4 : Contraintes d’intégration des productions PV
Décentralisée au réseau électrique
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Module 1 : Le réseau électrique
Le PLAN
La topologie du réseau électrique
Modélisation du réseau électrique
Ecoulement de l’énergie
Gestion des réseaux électriques
Protection des réseaux électriques
L’injection des ER dans les réseaux électriques
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07/10/2015
La topologie du réseau électrique
Modélisation du réseau électrique
Ecoulement de l’énergie
Gestion des réseaux électriques
Protection des réseaux électriques
L’injection des ER dans les réseaux électriques
La Topologie du réseau électrique
Les consommateurs :
 L’industrie
 Le transport
 Le bâtiment
 L’agriculture
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07/10/2015
La Topologie du réseau électrique
Les producteurs :
 Les centrales thermiques
 Les barrages
 Le Centrales solaires thermiques
 Les éoliennes
 Les panneaux photovoltaïques
La Topologie du réseau électrique
Les producteurs
 Centrales hydrauliques, STEP
moyennes et de grandes puissances, mise en marche rapide
 Centrales thermiques
moyennes et grandes puissances, démarrage supérieur à 30 mn,
 Centrales à gaz
Prix élevé par rapport aux centrales thermiques et hydrauliques,
démarrage rapide
 Energies Renouvelables
Prix élevé à l’installation, elles sont Intermittentes
 Interconnexion avec d’autres réseaux
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07/10/2015
La Topologie du réseau électrique
Les Liaisons électriques :
 Le réseau de transport
 Le réseau de répartition
 Le réseau de distribution
 Le réseau basse tension
 Les transformateurs
La Topologie du réseau électrique
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La Topologie du réseau électrique
Le réseau de transport
La Topologie du réseau électrique
Le réseau de répartition
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La Topologie du réseau électrique
Le réseau de distribution
La Topologie du réseau électrique
Le réseau basse tension
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07/10/2015
La Topologie du réseau électrique
La Topologie du réseau électrique
Le réseau est alternatif triphasé sinusoïdal
Les réseaux électriques actuels utilisent un courant alternatif triphasé
sinusoïdal pour les raisons suivantes :
 Nécessité de transporter l'électricité à une tension élevée
 Courant alternatif ou continu ? (Westinghouse vs Edison)
 Pourquoi une tension sinusoïdale ?
 Un système monophasé ou triphasé ?
 Fréquence des réseaux électriques
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07/10/2015
La Topologie du réseau électrique
Le courant continue est néanmoins présent dans les interconnexions
de grandes longueurs.
C’est le réseau dit HVDC (High Voltage Direct Current).
La Topologie du réseau électrique
Les pertes et les niveaux de tension
Les pertes électriques ‘Pertes’ sont dues aux résistances ‘R’ des
conducteurs.
Si on note :
‘S’ la puissance apparente de la charge.
‘P’ la puissance active de la charge.
‘Q’ la puissance réactive de la charge.
On a alors
Pertes = 3 x R x I² et puisque S=3 x U x I ; il vient alors que :
Pertes = [R x S²] /U² = [R x (P² + Q²)]/U²
Si U alors Pertes
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La Topologie du réseau électrique
Les niveaux de tension
Avant 1989
Aprés 1989 : UTE C 18 -510
La Topologie du réseau électrique
Le schéma du réseau
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La Topologie du réseau électrique
Le transport
La Topologie du réseau électrique
La répartition
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07/10/2015
La Topologie du réseau électrique
La distribution
La topologie du réseau électrique
Modélisation du réseau électrique
Ecoulement de l’énergie
Gestion des réseaux électriques
Protection des réseaux électriques
L’injection des ER dans les réseaux électriques
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07/10/2015
La modélisation du réseau électrique
Le but est d’adopter des modèles pratiques pour analyser et
dimensionner le réseau électrique.
Il faudrait alors concevoir des modèles pour les différentes
composantes du réseau:
 l’alternateur
 la ligne électrique
 le transformateur
 les charges
La modélisation du réseau électrique
L’alternateur
La tension e(t) délivrée par l’alternateur dépend de la vitesse de
rotation et de l’excitation. Elle est en série avec une résistance R et
une réactance X. C’est le schéma en régime établi.
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07/10/2015
La modélisation du réseau électrique
Le liaisons
Une ligne électrique est constituée par un faisceau de conducteurs
cylindriques aériens ou souterrains parallèles entre eux et au sol.
Chaque conducteur est caractérisé par:
 Sa résistance linéique ‘R’ en /m.
 Son inductance linéique ‘L’ en H/m. (X = L x )
 Sa capacité linéique ‘C’ en F/m.
Les lignes électriques et les câbles sont des systèmes à constantes
réparties, c'est à dire que ces grandeurs physiques sont réparties sur
toute la longueur de la ligne.
La modélisation du réseau électrique
Le liaisons
Le schéma équivalent en  :
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07/10/2015
La modélisation du réseau électrique
Le liaisons
Les expressions de R[Ohm], L [H] et C [F]
(X=L x )
R=/S
S : la section du câble en mm
 : La résistivité du conducteur
La modélisation du réseau électrique
Le liaisons
Les valeurs de R, L et C
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07/10/2015
La modélisation du réseau électrique
Le liaisons : Les lignes aériennes vs les câbles souterrains
Les lignes
Avantages :
Défaillances décelables
Problèmes rapidement
résolus
Les câbles
Avantages :
Espace requis réduit
Acceptation par la population
Inconvénients :
Pannes très fréquents
Répercussion sur le paysage
Inconvénients :
Travaux de réparation longs
Travaux neufs ou de
renouvèlement couteux
La modélisation du réseau électrique
Le Transformateur
Le transformateur permet d’élever l’amplitude de la tension alternative
disponible à la sortie de l’unité de production pour l’amener aux
niveaux requis pour le transport.
A l’autre extrémité de la chaîne, les transformateurs sont utilisés pour
abaisser la tension et la ramener aux valeurs utilisées dans les réseaux
de répartition et de distribution
U1/U2=n1/n2
N étant le nombre de spires
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07/10/2015
La modélisation du réseau électrique
Le Transformateur
Outre la transmission de l’énergie électrique avec modification des
tensions, les transformateurs peuvent être utilisés pour contrôler les
tensions de nœuds des réseaux .
Ce contrôle de tension utilise la variation du nombre de spire des
transformateurs. (réglage hors charge ou en charge de la tension)
La modélisation du réseau électrique
Le Transformateur – un schéma équivalent
Un schéma équivalent du transformateur est comme suit :
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La modélisation du réseau électrique
Caractéristiques pratiques du transformateur
Essai à vide et essai en court circuit
Sn Puissance apparente nominale (VA)
Vpn, Vsn tensions primaire et secondaire (V)
Upn, Usn tensions primaire et secondaire (V)
Ipn, Isn courants primaire et secondaire (I)
Rendement, Température, Couplage, indice horaire
Rapport de transformation fixe, variable, plots de variation de V au
primaire
La modélisation du réseau électrique
Les charges
Les charges peuvent être modélisées en fonction des puissances
actives P et réactives Q appelées et son admittance Y.
(Y=G – jB)
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07/10/2015
La modélisation du réseau électrique
Mise en équation du réseau
L’établissement du modèle a pour but de déterminer les équations
algébriques représentant les interconnexions entre les lignes, les
générateurs les transformateurs et les charges.
Le réseau électrique peut être décrit sous la forme matricielle
suivante:
[I] = [Y] x [V]
Où :
[I] : le vecteur des courants injectés aux nœuds du réseau.
[V] : le vecteur des tensions aux nœuds du réseau.
[Y] : la matrice d’admittance du réseau.
La modélisation du réseau électrique
Mise en équation du réseau
la matrice admittance [Y] se compose de termes diagonaux [Yii] et des
termes non-diagonaux [Yij].
les termes [Yii] , (self admittance), représentent la somme de toutes
les admittances connectées aux nœuds i.
les termes [Yij], (l’admittance mutuelle), représentent la somme de
toutes les admittances joignant les nœuds i et j.
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07/10/2015
La topologie du réseau électrique
Modélisation du réseau électrique
Ecoulement de l’énergie
Gestion des réseaux électriques
Protection des réseaux électriques
L’injection des ER dans les réseaux électriques
L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’
Définition
Dans un réseau électrique, on a d’une part des charges électriques et
d’autre part des générateurs dispersés et reliés entre eux par un
réseau de lignes et de câbles.
Les capacités de production des différents générateurs étant connues,
comment calculer l'état électrique complet du réseau, c'est à dire les
courants, tensions et puissances ?
Ce problème général est connu sous le nom de calcul de répartition de
charges ou load flow.
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07/10/2015
L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’
Définition
L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’
But
Le calcul des écoulements d’énergie permet en régime permanent
d’investiguer les points suivants :
 la détermination des tensions en tout point du réseau
 la détermination des puissances actives et réactives
 l’effet de la modification de la topologie du réseau
 l’étude du niveau N-1 (perte d’un générateur, d’une ligne ou
autre)
 l’optimisation du fonctionnement du réseau
 l’optimisation des pertes
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L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’
Bilan de puissance
La sommes des puissances des générateurs est égale à la somme des
puissances des charges augmentées des puissances du réseau.
Le bilan de puissance active :
∑PG= ∑ PL + pertes actives du réseau
L’ordre de grandeur des pertes est de 5 %.
Le bilan de puissance réactive :
∑QG= ∑ QL + générations ou consommations réactives du réseau.
L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’
Cas d’une situation élémentaire
Considérons le problème élémentaire d'un générateur (VG,PG)
alimentant une charge (PL, QL) à travers une ligne triphasée.
Les équations des puissances apparentes complexes sont :
SG= VG x IG*=PG + j QG
SL= VL x IL*=PL + j QL
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L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’
Cas d’une situation élémentaire
Les équations régissant ce modèles sont :
Où :
G ; L ;  sont respectivement les arguments de VG ; VL et l’impédance
Z de la ligne.
L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’
Cas d’une situation élémentaire
Position du problème :
On voudrait alimenter la charge ‘L’ sous une tension donnée et les
caractéristiques de le ligne ‘Z’ sont connues.
Il vient donc que :
Les deux dernières lignes du système consistent en un jeu de deux
équations à inconnues (VG et G).
Sa résolution permet de déterminer les valeurs de l’ensemble des
tension en module et en phase.
les deux premières lignes du système permettent ensuite le calcul PG
et QG.
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L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’
Cas d’une situation réelle
Formulation à l’aide de la matrice des admittance
On a d’une part [I] = [Y] x [V] soit Ii=∑Yik x Uk
et aussi : Si= Ui x Ii* ; il vient donc que :
Si= Ui x(∑Yik* x Uk*)=Pi + j x Qi
En exprimant les composantes réelles et imaginaires de l’équation on a
alors :
L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’
Cas d’une situation réelle
La résolution est généralement plus complexe au fur et à mesure que
le nombre de nœuds croît.
La résolution manuelle d’un tel problème n’est pas envisageable.
On peut se servir de l’outil informatique ou encore d’autres solutions,
basées sur les méthodes itératives de Gauss-Seidel et NewtonRaphson.
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La topologie du réseau électrique
Modélisation du réseau électrique
Ecoulement de l’énergie
Gestion des réseaux électriques
Protection des réseaux électriques
L’injection des ER dans les réseaux électriques
Gestion des réseaux électriques
Introduction
Le but premier d'un réseau d'énergie est de pouvoir alimenter la
demande des consommateurs.
Comme on ne peut encore stocker économiquement et en grande
quantité l'énergie électrique il faut pouvoir maintenir en permanence
l'égalité :
Production = Consommation + pertes
C’est le problème de la gestion et de conduite du réseau
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Gestion des réseaux électriques
Introduction
Une action prévisionnelle à court terme (heure, jour, semaine) est
obligatoire pour faire face à la demande en temps réel et aux
défaillances des composantes du réseau.
La fourniture de l’énergie électrique doit être assurée dans les
conditions optimales sur les plans :
 Économique
 Fiabilité et sécurité
 Qualité
Gestion des réseaux électriques
Le diagramme de charge
La consommation varie au cours du même jour, d’un jour à l’autre,
d’une saison à l’autre et d’une année à l’autre.
Pour le cas du réseau national et depuis 2005, on a l’apparition de
deux pointes au lieu d’une seule et le passage d’une pointe d’hiver à
une pointe d’été.
La différence entre la pointe du matin et celle du soir devient plus
faible.
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Gestion des réseaux électriques
Le diagramme de charge
Source : ONE : Rabat ,le 21 septembre 2012 ; RABAT ENERGY FORUM
Programme National des Energies Renouvelables et perspectives d’intégration régionale
Gestion des réseaux électriques
Les contraintes
 Une demande en énergie variable
Les objectifs
 Réglage de la tension
 Réglage de la fréquence
 La stabilité des générateurs
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07/10/2015
Gestion des réseaux électriques
La stabilité en tension
La stabilité de tension est la capacité d’un système de puissance de
maintenir des valeurs de tensions acceptables à tous les nœuds du
système après avoir subi une perturbation.
L’instabilité résultante se produit très souvent sous forme de
décroissance progressive de tensions à quelques nœuds.
Généralement, l’instabilité de tension se produit lorsqu’une
perturbation entraîne une augmentation de puissance réactive
demandée au-delà de la puissance réactive possible.
Gestion des réseaux électriques
Expression de la chute de tension
La chute de tension dans une ligne de résistance R et de réactance X
dans laquelle transite P et Q est :
U/U= [R . P + X . Q] / U²
Les mesures à prendre
 un contrôle automatique des condensateurs shunts.
 un blocage des régleurs en charge automatique.
 une nouvelle répartition de la génération.
 une régulation de tension secondaire.
 un plan de délestage.
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07/10/2015
Gestion des réseaux électriques
La stabilité en fréquence
La stabilité de la fréquence d’un système définit sa capacité sa
fréquence proche de la valeur nominale (50 Hz) suite à une
perturbation.
Le maintien de la fréquence à 50 Hz est lié à l’équilibre global entre les
puissances actives produites et consommées (y compris les pertes).
La fréquence est une image de la vitesse de rotation des alternateurs.
Cette fréquence est unique pour tout le réseau.
Gestion des réseaux électriques
La stabilité en fréquence – l’équilibre production
consommation
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07/10/2015
Gestion des réseaux électriques
Les différents réglages
 Réglage primaire
 Réglage secondaire
 Réglage tertiaire
Gestion des réseaux électriques
Réglage primaire (les premières secondes après perturbation) :
Sans disposition particulière, si le couple résistant augmente, la
fréquence chute pour trouver un nouvel équilibre.
Ce n’est pas admissible, il faut donc une action automatique (menée
par les régulateurs de vitesse de chaque centrale) sur les organes
d’admission du fluide moteur des turbines pour maintenir la
fréquence.
Le réglage primaire répartit les fluctuations de charge au prorata des
capacités nominales du groupe en pondérant par un gain (notion de
statisme « s » compris entre 2 et 6%) :
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07/10/2015
Gestion des réseaux électriques
Réglage secondaire(les 15 minutes après la perturbation) :
Ce réglage, également automatique, agit après le réglage primaire.
Il est centralisé (émis par un centre de conduite), agissant et faisant
appel à plusieurs groupes spécifiques et internes à la zone
perturbatrice.
Gestion des réseaux électriques
Réglage tertiaire
Il faut procéder à un réajustement des programmes de
fonctionnement des centrales (en prenant en compte les coûts de
production marginaux) pour rétablir un optimum économique.
Ce réglage est également centralisé au sein de la zone initialement en
défaut.
Ce réglage a pour but de rétablir l’optimum économique et aide à
reconstituer la réserve secondaire.
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07/10/2015
Gestion des réseaux électriques
Le dispatching
La gestion et la conduite des réseaux est réalisé dans un ou plusieurs
dispatchings dont les fonctions sont :
 La surveillance (Mesures, transmission de données, …)
 L’analyse critique (analyse des données, Sécurité, Plan de tension,
…)
 La prise de décision (manœuvre d’urgence, réajustement
production, …)
 L’action
Gestion des réseaux électriques
La stabilité des alternateurs
Suite à une défaillance du réseau électrique, les alternateurs peuvent
subir un dysfonctionnement pouvant aller jusqu’à l’arrêt de la machine
et par suite l’indisponibilité de l’énergie électrique.
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07/10/2015
Gestion des réseaux électriques
Etude du cas élémentaire : un alternateur raccordé à un jeu
de barre infini.
Si on note  le déphasage de e(t) par rapport à u(t) alors la puissance P
délivrée par l’alternateur est :
Gestion des réseaux électriques
Etude du cas élémentaire : Evolution de la puissance.
Si on note  le déphasage de e(t) par rapport à u(t) alors la puissance P
délivrée par l’alternateur est :
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07/10/2015
Gestion des réseaux électriques
Etude du cas élémentaire : stabilité statique
La stabilité statique d’un alternateur est son aptitude à répondre à une
variation lente de la charge.
Le fonctionnement n’est stable que si l’angle Interne noté  reste
inférieur à un angle limite proche de 90°,
Gestion des réseaux électriques
Etude du cas élémentaire : stabilité dynamique
Les problèmes de stabilité dynamique résultent du passage de la
machine d’un état stable à un autre. On a un passage brusque d’une
puissance P1 à P2.
L’angle passe de 1 à 2
brusquement.
L’inertie amène jusqu’au
point D.
De celui-ci, la décélération
jusqu’au point C finit
par stabiliser
le phénomène, après
éventuellement quelques
oscillations.
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07/10/2015
Gestion des réseaux électriques
Etude du cas élémentaire : stabilité dynamique
Si la différence entre P1 et P2 est très importante, l’alternateur
accélère du point B au point C, puis jusqu’au point X :
à ce point, il continue à accélérer
en restant sur la courbe et
la puissance transmise au
réseau diminue.
Il y a perte de synchronisme
par survitesse.
.
La topologie du réseau électrique
Modélisation du réseau électrique
Ecoulement de l’énergie
Gestion des réseaux électriques
Protection des réseaux électriques
L’injection des ER dans les réseaux électriques
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07/10/2015
La protection des réseaux électriques
Le rôle
Les dispositifs de protection surveillent en permanence l’état
électrique des éléments d’un réseau et provoquent leur mise hors
tension (par exemple l’ouverture d’un disjoncteur), lorsque ces
éléments sont le siège d’une perturbation indésirable: court-circuit,
défaut d’isolement, surtension,…etc.
Le choix d’un dispositif de protection est fait suite à l’analyse du
comportement des matériels électriques (moteurs, transformateurs,
câbles, …) sur défauts et des phénomènes qui en découlent.
La protection des réseaux électriques
La définition
La Commission Electrotechnique Internationale (C.E.I) définie la
protection comme l’ensemble des dispositions destinées à la détection
des défauts et des situations anormales des réseaux afin de
commander le déclenchement d’un ou de plusieurs disjoncteurs et, si
nécessaire d’élaborer d’autres ordres de signalisations.
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07/10/2015
La protection des réseaux électriques
L’étude des protections
L’étude des protections d’un réseau se décompose en deux étapes
distinctes :
 La définition du système de protection, appelée plan de protection,
 La détermination des réglages de chaque unité de protection,
appelée coordination des protections ou sélectivité.
La protection des réseaux électriques
L’étude des protections
Le système de protection se compose d’une chaîne constituée des
éléments suivants :
 Les capteurs de mesure (courant et tension) fournissant les
informations de mesure nécessaires à la détection des défauts,

Les relais de protection, chargés de la surveillance permanente de
l’état électrique du réseau.

 Les organes de coupure dans leur fonction d’élimination de défaut :
disjoncteurs, interrupteurs fusibles.
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07/10/2015
La protection des réseaux électriques
Les court-circuit
Les différents composants des réseaux sont conçus, construits et
entretenus de façon à réaliser le meilleur compromis entre coût et
risque de défaillance.
Les courts circuits guettent les différents composants du circuit.
Les court-circuit sont caractérisés par leur forme, leur durée et
l’intensité du courant.
Un court-circuit dans les réseaux électriques peut être :
Monophasé ; Biphasé ou Triphasés
La protection des réseaux électriques
La sélectivité des protections
La sélectivité est une capacité d’un ensemble de protections à faire la
distinction entre les conditions pour lesquelles une protection doit
fonctionner de celles où elle ne doit pas fonctionner.
Les types de sélectivité les plus important sont les suivants:
 Sélectivité ampérmétrique par les courants,
 Sélectivité chronométrique par le temps,
 Sélectivité par échange d’informations, dite sélectivité logique.
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07/10/2015
La protection des réseaux électriques
Les relais de protection
le rôle des relais de protection est de détecter tout phénomène
anormal pouvant se produire sur un réseau électrique tel que le courtcircuit, variation de tension. …etc.
Un relais de protection détecte l’existence de conditions anormales par
la surveillance continue, détermine quels disjoncteurs ouvrir et
alimente les circuits de déclenchement.
On utilise de plus en plus les relais statiques et numériques
La protection des réseaux électriques
Les différentes protections du réseau électriques




Protection à maximum de courant phase :
Protection différentielle
Protection contre la surtension
La protection thermique
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07/10/2015
La topologie du réseau électrique
Modélisation du réseau électrique
Ecoulement de l’énergie
Gestion des réseaux électriques
Protection des réseaux électriques
L’injection des ER dans les réseaux électriques
L’injection des ER dans les réseaux électriques
La courbe de charge
On rappelle aussi que la demande en énergie électrique varie aussi
d’un jour à l’autre et d’une saison à l’autre.
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07/10/2015
L’injection des ER dans les réseaux électriques
La courbe de charge
On rappelle que la demande en énergie électrique varie selon la
journée
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07/10/2015
Module 2 : Aperçu sur la qualité d’un réseau
électrique et les normes appliquées aux PV
connectés au réseau
PLAN
 Qualité d’un réseau électrique
 Spécifications techniques relatives à la protection des personnes et
des biens dans les installations photovoltaïques raccordées au
réseau BT ou HTA
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07/10/2015
 Qualité d’un réseau électrique
 Spécifications techniques relatives à la protection des personnes et
des biens dans les installations photovoltaïques raccordées au
réseau BT ou HTA
La qualité de l’énergie
La qualité de l’énergie électrique
La qualité de l’énergie électrique concerne deux aspects :
La continuité
&
la qualité de l’onde
M. TAJAYOUTI
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43
07/10/2015
La qualité de l’énergie
La qualité de l’énergie électrique : les perturbations
Creux de tension et coupures
M. TAJAYOUTI
87
La qualité de l’énergie
La qualité de l’énergie électrique : les perturbations
Déséquilibre
M. TAJAYOUTI
88
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07/10/2015
La qualité de l’énergie
La qualité de l’énergie électrique : les perturbations
Variation de la fréquence
M. TAJAYOUTI
89
La qualité de l’énergie
La qualité de l’énergie électrique : les perturbations
Variation de tension
M. TAJAYOUTI
90
45
07/10/2015
La qualité de l’énergie
La qualité de l’énergie électrique : les perturbations
Surtension
M. TAJAYOUTI
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La qualité de l’énergie
Les harmoniques
Les grandeurs électriques courants et tensions des réseaux industriels alternatifs,
s’éloigne significativement de la sinusoïde pure.
La variation est en fait composée d’un certain nombre de sinusoïdes de fréquences
différentes, comprenant entre autres, une sinusoïde à fréquence industrielle dite
sinusoïde fondamentale ou plus simplement : le fondamental.
M. TAJAYOUTI
92
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07/10/2015
La qualité de l’énergie
Les harmoniques : définitions
harmonique C’est une des composantes sinusoïdales de la variation de la grandeur
physique possédant une fréquence multiple de celle de la composante fondamentale.
L’amplitude de l’harmonique est généralement de quelques pour cent de celle du
fondamental.
Rang de l’harmonique C’est le rapport de sa fréquence fn à celle du fondamental
(généralement la fréquence industrielle, 50 ou 60 Hz) : n = fn/f1 Par principe, le
fondamental f1 a le rang 1.
Spectre C’est l’histogramme donnant l’amplitude
de chaque harmonique en fonction du rang
L'amplitude des harmoniques décroît généralement
avec la fréquence. Selon les normes, on prend en
considération les harmoniques jusqu'au rang 40.
M. TAJAYOUTI
93
La qualité de l’énergie
Les harmoniques : définitions
Expression de la grandeur déformée : Le développement en série de FOURIER de tout
phénomène périodique est de la forme :
où :
Y0 = amplitude de la composante continue, généralement nulle en distribution
électrique en régime permanent,
n = valeur efficace de la composante de rang n,
ϕn = déphasage de la composante harmonique au temps initial.
M. TAJAYOUTI
94
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07/10/2015
La qualité de l’énergie
Les harmoniques : définitions
Valeur efficace d’une grandeur déformée La valeur efficace de la grandeur déformée
conditionne les échauffements, donc habituellement les grandeurs harmoniques sont
exprimées en valeurs EFFICACES.
Pour une grandeur sinusoïdale, la valeur efficace est la valeur maximale divisée par
racine de deux.
Pour une grandeur déformée et, en régime permanent, l’énergie dissipée par effet
JOULE est la somme des énergies dissipées par chacune des composantes
harmoniques.
M. TAJAYOUTI
95
La qualité de l’énergie
Les harmoniques : définitions
Taux individuel
C’est le rapport de la valeur efficace de l’amplitude de l’harmonique de rang n à celle
du fondamental. Exemple :
taux de In en % = 100 (In/I1)
Taux global de distorsion (distorsion)
Il donne une mesure de l’influence thermique de l’ensemble des harmoniques ; c’est le
rapport de la valeur efficace des harmoniques à celle de la valeur efficace du
fondamental seul (CEI 61000-2-2) :
M. TAJAYOUTI
96
48
07/10/2015
La qualité de l’énergie
Les perturbations causées par les harmoniques :
 Dysfonctionnement des systèmes de protection et des relais
 Vibration et bruits
 Risque de résonance
 Perturbation des convertisseurs statique et des matériels électroniques
 Les effets à moyen et long terme :
 Echauffement des condensateurs
 Echauffement des câbles et des équipements
 Echauffement dû aux pertes supplémentaires des machines et transformateur
M. TAJAYOUTI
97
La qualité de l’énergie
Les harmoniques : Limites acceptables
 machines synchrones : distorsion en courant statorique admissible = 1,3 à 1,4 % ;
 machines asynchrones : distorsion en courant statorique admissible = 1,5 à 3,5 % ;
 câbles : distorsion admissible en tension âme- écran = 10 % ;
 condensateurs de puissance : distorsion en courant = 83 % ce qui donne une
surcharge de 30 % (1,3 I nominale) la surcharge en tension pouvant atteindre 10 % ;
 électronique sensible : distorsion en tension 5 %, taux individuel 3 % suivant le
matériel.
M. TAJAYOUTI
98
49
07/10/2015
La qualité de l’énergie
Les harmoniques : Limites normatives
CEI 61000-3-2 qui définit des limites d'émission de courant harmonique par les
appareils consommant moins de 16 A par phase
CEI 61000-3-4 traite le cas des appareils consommant au-delà de 16 A
CEI 61000-2-4 qui définit les niveaux de compatibilité dans les réseaux d'installations
industrielles.
La norme EN 50160 concerne les caractéristiques de la tension fournie par les réseaux
publics de distribution.
CEI 61000-2-2 qui définit les niveaux de compatibilité de tensions harmoniques sur les
réseaux publics basse tension
M. TAJAYOUTI
99
La qualité de l’énergie
Les harmoniques : Limites normatives de la CEI 61000-2-2
M. TAJAYOUTI
100
50
07/10/2015
La qualité de l’énergie
Les appareils de mesures
 La tension
 Le courant
 Les spectre des harmoniques
 La puissance active
 La puissance réactive
 La fréquence
 L’enregistrement des mesures
M. TAJAYOUTI
101
 Qualité d’un réseau électrique
 Spécifications techniques relatives à la protection des personnes et
des biens dans les installations photovoltaïques raccordées au
réseau BT ou HTA
51
07/10/2015
Les normes PV
 La norme NF C15-100 qui traite des installations électriques à basse-tension (BT).
 Les installations photovoltaïques rentrent dans son champ d’application depuis
2008.
 Le guide UTE C 15-712 traite précisément des installations photovoltaïques sont
traitées dans.
 Ce guide, a été rédigé par une Commission de l’Union Technique de l’Electricité
(UTE).
 Depuis le 1er janvier 2011, une nouvelle version de ce guide est entrée en vigueur :
le guide UTE C15-712-1 datant de juillet 2010. Une nouvelle version de ce guide
vient d’être publiée au 1er juillet 2013.
M. TAJAYOUTI
103
Les normes PV
D’autres normes et guides techniques traitent aussi le domaine lié à la protection des personnes
et des biens dans les installations photovoltaïques raccordées au réseau BT ou HTA.
On cite notamment :
Textes réglementaires :
 le décret n° 88-1056 du 14 novembre 1988 et ses arrêtés pour la protection des travailleurs
qui mettent en œuvre des courants électriques,
 Le décret n° 92-587 du 26 juin 1997 relatif à la compatibilité électromagnétique des appareils
électriques et électroniques,
 La circulaire DRT 89-2, 6 février 1989 modifiée le. 29 juillet 1994 - Application du décret 881056,
 Les règlements de sécurité contre l'incendie dans les établissements recevant du public et/ou
des travailleurs
M. TAJAYOUTI
104
52
07/10/2015
Les normes PV
Normes et guides :
 NF EN 50380 (C 57-201) Spécifications particulières et informations sur les plaques de constructeur pour
les modules photovoltaïques
 NF EN 60269-1-6 Fusibles basse tension - Partie 6: Exigences supplémentaires concernant les éléments
de remplacement utilisés pour la protection des systèmes d'énergie solaire photovoltaïque. NF EN 50380
Spécifications particulières et informations sur les plaques de constructeur pour les modules
photovoltaïques
 NF EN 50521 Connecteurs pour systèmes photovoltaïques – Exigences de sécurité et essais
 NF EN 60947-1-2-3 Appareillage basse tension – Partie 1 : Règles générales – Partie 2 : Disjoncteurs –
Partie 3 : Interrupteurs, sectionneurs, interrupteurs-sectionneurs et combinés-fusibles
 NF EN 61000-1-2-3 Compatibilité électromagnétique (CEM) – Partie 3-2 : limites - Limites pour les
émissions de courant harmonique (courant appelé par les appareils inférieur ou égal à 16 A par phase).
 NF EN 61439 Ensembles d’appareillages à basse tension
 NF EN 61643-11 (C 61-740) Parafoudres basse-tension - Partie 11: Parafoudres connectés aux systèmes
de distribution basse tension - Prescriptions et essais
Les normes PV
Normes et guides : (suite)
 NF EN 61646 (C 57-109) Modules photovoltaïques (PV) en couches minces pour application terrestre Qualification de la conception et homologation
 NF EN 61730-1 (C 57-111-1) Qualification pour la sûreté de fonctionnement des modules
photovoltaïques (PV) - Partie 1: Exigences pour la construction
 NF EN 61730-2 (C 57-111-2) Qualification pour la sûreté de fonctionnement des modules
photovoltaïques (PV) - Partie 2: Exigences pour les essais
 NF EN 62262 (C 20-015) Degrés de protection procurés par les enveloppes de matériels électriques
contre les impacts mécaniques externes (Code IK)
 NF EN 62305-1 (C 17-100-1) Protection contre la foudre - Partie 1: Principes généraux
 NF EN 62305-2 (C 17-100-2) Protection contre la foudre - Partie 2: Evaluation du risque
 NF EN 62305-3 (C 17-100-3) Protection contre la foudre - Partie 3: Dommages physiques sur les
structures et risques humains NF C 14-100 Installations de branchement à basse tension
 NF C 15-100 Installations électriques à basse tension NF C 17-100 Protection contre la foudre Protection des structures contre la foudre - Installation de paratonnerres
 NF C 17-102 Protection contre la foudre - Protection des structures et des zones ouvertes contre la
foudre par paratonnerre à dispositif d'amorçage
53
07/10/2015
Les normes PV
Normes et guides : (suite)

UTE C 15-105 Guide pratique - Détermination des sections de conducteurs et choix des dispositifs de protection
- Méthodes pratiques

UTEC15-400Guidepratique Raccordement des générateurs d’énergie électrique dans les installations
alimentées par un réseau public de distribution

UTE C 15-443 Choix et mise en œuvre des parafoudres basse tension

UTE C 15-520 Guide pratique : Canalisations - modes de pose - connexions

UTE C 17-100-2 Guide pratique - Protection contre la foudre - Partie 2: Evaluation des risques

UTE C 18-510-1 Recueil d'instructions générales de sécurité d'ordre électrique,

UTE C 61740-52 Parafoudres basse tension Parafoudres pour applications spécifiques incluant le courant
continu - Partie 52: Principes de choix et d’application - Parafoudres connectés aux installations
photovoltaïques

UTE C 17-108 Guide Pratique – Analyse simplifiée du risque foudre

DIN VDE 0126-1-1 Dispositif de déconnexion automatique entre un générateur et le réseau public basse
tension

ADEME Guide ADEME (2007) : Systèmes photovoltaïques raccordés au réseau – Guide de rédaction du cahier
des charges techniques de consultation à destination du maître d’ouvrage
Les normes PV
Dimensionnement des câbles côté DC
En fonctionnement normal, le courant maximal d’emploi coté DC doit être pris égal à 𝟏. 𝟐𝟓 × 𝑰cc
Choisir des sections de câble dont le courant admissible 𝑰𝒛= 𝟏, 𝟐𝟓 × 𝑰cc
Dans le cas de N chaines en parallèle, le courant max d’emploi dans le câble de groupe
𝑰𝒛= 𝑵 × 𝟏, 𝟐𝟓 × 𝑰𝒄𝒄
𝑵 : le nombre de chaînes en parallèle.
54
07/10/2015
Les normes PV
Dimensionnement des câbles côté DC -section-
Les normes PV
Dimensionnement des câbles côté DC –chute de tension et fusible-
55
07/10/2015
Les normes PV
Dimensionnement des câbles côté DC -Parafoudre –
La présence d’un parafoudre est obligatoire si Si la longueur totale des câbles (somme
des longueurs empruntés par le même chemin) est = à la longueur critique 𝑳𝑪𝒓𝒊𝒕𝒊𝒒𝒖𝒆.
𝑵𝒈 : nombre d'impact de foudre par an et par km²dans une région
Les normes PV
Dimensionnement des câbles côté AC – section Le courant admissible 𝑰𝒛 d’un câble en AC
Celui-ci va dépendre de la canalisation (souterraine ou aérienne) et du type de câble à savoir s’il
est en cuivre ou en aluminium et du nombre de conducteur.
La normes NF C15-100 dresse des tableaux donnant la valeur du courant admissible 𝑰z en
fonction de la section du câble, du type de câble, de la nature de la canalisation et du nombre
de conducteur.
56
07/10/2015
Les normes PV
Dimensionnement des câbles côté AC – section –
Les normes PV
Dimensionnement des câbles côté AC – section –
57
07/10/2015
Les normes PV
Dimensionnement des câbles côté AC – Chute de tension –
La chute de tension autorisée entre l’onduleur et le point de livraison (bornes de sortie de
l’Appareil Général de Commande et de Protection) est de 3 % à puissance nominale de
l’onduleur et de la limiter à une valeur de 1% en basse tension, selon la norme NF C 15-100.
PLAN
Le réseau électrique marocain
Stratégie et Perspectives du Développement du réseau
marocain.
Projets ER pilotés par l’ONEE
Source : documentation ONEE
58
07/10/2015
PLAN
Le réseau électrique marocain
Stratégie et Perspectives du Développement du
réseau marocain.
Projets ER pilotés par l’ONEE
118
Architecture du réseau électrique
Marocain
Le terme « Réseau » désigne la totalité du système constitué par des centrales
électrique, les réseaux de transmission et les consommateurs. Le réseau électrique
Marocain est hiérarchisé
par niveau de tension, celui-ci est fractionné en trois principales subdivisions à
savoir le réseau de transport, de répartition et de distribution. Une notion de
frontière peut être définie entre les niveaux de tension du réseau électrique, ces
frontières sont assurées par les postes sources et les transformateurs.
Direction DOS
119
59
07/10/2015
Architecture du réseau électrique
Marocain
Réseau Transport HTB : 60kV, 150kV, 225kV et 400kV
Sur ce réseau sont connectées les centrales de production classique comme les centrales
thermiques de l’ordre du centaines de mégawatts assurant 88% de la production électrique
au Maroc. Ces réseaux ont une architecture maillée, ainsi les productions ne sont pas isolées
mais toutes reliées entre elles.
Cette structure permet une sûreté de fonctionnement accrue par rapport à une structure de
réseau dite radiale puisqu’elle assure la continuité du service en cas d’aléas comme la perte
d’une ligne, d’une productions, etc.
Réseau Distribution HTA/BT : Réseau MT : 5kV , 20kV et 22kV. Réseau BT : 380V
Ce réseau a pour fonction d’alimenter l’ensemble de la clientèle principalement connectée à
ce réseau. Son exploitation est gérée par des Gestionnaires de Réseaux de Distribution
(GRD). Les réseaux de distribution ont principalement une structure radiale (arborescente).
120
Architecture du réseau électrique
Marocain
Marge de variation de la fréquence f 0.5 Hz en régime normal
121
60
07/10/2015
Architecture du réseau électrique
Marocain
 La distinction entre Gestionnaire du Réseau de Transport (GRT) et Gestionnaire du
Réseau de Distribution (GRD) permet de distinguer entre les responsabilités
claires, de transport de l’électricité entre les producteurs de grande taille (unités
thermiques, grand hydraulique…etc.) et les niveaux inférieurs du réseau où le GRD
pourra distribuer cette électricité au consommateur.
 La différence entre un réseau de transport et un réseau de distribution n’est pas
une distinction administrative. Elle recouvre une réalité technique entre le niveau
local et le niveau global.
122
Architecture du réseau électrique
Marocain
Le niveau global se réfère au réseau de transport et à la sécurité du réseau ; on y retrouve :
 Le contrôle de la fréquence/ puissance
 Le contrôle de la tension au moyen de la puissance réactive
 Les systèmes de protection
 Les procédures de contrôle d’urgence
 Les plans de défense
 La restauration du système
Le niveau local concerne les réseaux de distribution, il inclut :
 Le contrôle de la tension
 Les surcharges
 La protection
 La qualité de l’électricité
 Le risque d’îlotage
123
61
07/10/2015
Sources de satisfaction de la demande
Interconnexion
Maroc - Espagne
Réseau
du transport
Electrique
Interconnexion
Maroc – Algérie
Auto-producteurs
124
Direction DOS
Réseau de Transport de l’Energie
62
07/10/2015
Réseau de Transport de l’Energie
Dispatching Régional
Dispatching National

Un système de téléconduite à haute disponibilté
– Architecture générale
Zaïr
(Dispatching Secours)
Dispatching
de Secours
TIT MELLIL
(Dispatching de Repli)
ROCHES NOIRES
(Dispatching National)
Dispatching
National
Double anneau
optique à 100 MB
Dispatching
de Repli
63
07/10/2015
Réseau de Transport de l’Energie – Dipatching national
Organismes externes
Dispatchings pays voisins
Marché de l’électricité
RESEAU INFORMATIQUE
Bureautique
Internet, SAP, ...
SYSTEME DE
DEVELOPPEMENT
ET SIMULATEUR
DISPATCHING NATIONAL
DISPATCHING REGIONAL
Réseau de Transport de l’Energie – Dipatching national
64
07/10/2015
Interconnexions électriques avec les pays voisins
Interconnexions électriques avec les pays voisins
Maroc – Espagne : DE (700MW depuis 1997) à 1400 MW (2006)
Maroc – Algérie : DE 400 MW (88/92) à 1200 MW (2010)
65
07/10/2015
Interconnexions électriques avec les pays voisins
ENTSO-E, association européenne des gestionnaires de réseaux de transport européens,
a été créée en juillet 2009 par la fusion d’associations de gestionnaires de réseaux
antérieures, dont en particulier l’UCTE (Union pour la Coordination du Transport de
l’Electricité) à laquelle adhérait l’ONEE depuis 1997. (www.entsoe.eu)
Interconnexions électriques avec les pays voisins
Apports techniques des interconnexions :
 Réaction de façon ‘’solidaire’’ des systèmes électriques interconnectés face aux
événements imprévisibles
 Amélioration de la qualité de service des clients (stabilité de la fréquence,
continuité de service par l’appui mutuel des réseaux interconnectés, etc.)
Apports économiques des interconnexions :
 Opportunités pour les échanges d’énergie
 Optimisation de l’utilisation des moyens de production (partage de la réserve
tournante, etc.)
 Optimisation des investissements (décalage des investissements et introduction
des unités plus puissantes)
66
07/10/2015
Développement des Interconnexions Internationales
L’interconnexion Maroc-Algérie a joué un rôle important dans la stabilité du réseau
Maghrébin en général et marocain en particulier et a contribué d’une façon significative à
la résorption du déficit de production qu’à connue l’ONE entre 1991 et 1993.
Les résultats encourageant ainsi enregistrés ont conduit les organismes maghrébins de
l’électricité à renforcer ces interconnexions par l’introduction du réseau 400KV dans les
réseaux interconnectés du Maghreb qui est aussi une condition nécessaire pour la
réalisation d’un marché maghrébin de l’électricité.
Développement des Interconnexions Internationales
L’interconnexion Maroc-Espagne est composée actuellement de deux câbles sous Marins
Ferdioua ( Maroc) – Tarifa ( Espagne) d’une capacité de 700MW chacun en régime
permanent. La capacité commerciale de cette interconnexion est de 900 MW dans le sens
Espagne –Maroc et 600 MW dans le sens Maroc-Espagne.
Le renforcement de cette interconnexion par la réalisation d’un 3ème câble ou le passage
en courant continu des câbles existant pour augmenter la capacité à 2100 MW est en
cours d’étude.
Projet d’Interconnexion entre le Maroc et la Mauritanie
67
07/10/2015
modes d’organisation du réseau électrique
Réseau maillé
Réseau radial
Evolution de la demande
*y compris l’énergie éolienne via réseau client
68
07/10/2015
Evolution de la puissance installée depuis 1990
En MW
6,7 %
138
Evolution de la longueur des lignes THT-HT
Direction DOS
139
69
07/10/2015
Evolution du Maxima annuel de la puissance et l’énergie
appelée
Direction DOS
140
Evolution de la consommation d’électricité par habitant
Direction DOS
141
70
07/10/2015
Evolution du taux de pertes du réseau de transport
depuis 2001
142
Direction DOS
Evolution de l’énergie non distribuée
Direction DOS
143
71
07/10/2015
Evolution du temps de coupure équivalent
Direction DOS
144
Evolution du taux de microcoupures sur 100 km
Direction DOS
145
72
07/10/2015
Bilan offre-demande : 2013
PRODUCTION IPP:
- JLEC
: 9915.334GWh
(30,75%)
- TAHADDART : 2662.674 GWh
(8.26%)
- CED
: 160.473 GWh
(0,5%)
PRODUCTION ONEE:
-Thermique : 9806.928 GWh (30,41%)
-Hydraulique : 2990.358 GWh (9,27%)
-Eolien
: 660.404 GWh (2,05%)
AUTO PRODUCTEURS
110.900 GWh (0.34%)
INTERCONNEXIONS
(imports)
INTERCONNEXIONS
INTERCONNEXIONS
- Espagne : 5373.912
Maroc
(16,66%)
Maroc-Espagne
-GWh
Espagne
Maroc
-Alg
rie
- Algérie : 177.165
GWh
(0.55%)
Maroc
-Algéé
rie
Eolien loi 13-09
394,015 GWh (1,22%)
ONEE Acheteur
ONE Unique
32,252 TWh,
PointeUnique
max: 5 580 MW
Acheteur
0.6 % /2012
Distribution ONE
DISTRIBUTION
ONE
DISTRIBUTION
ONE
(HT)
13 959.6 GWh
(HT) (46.0%)
Clients
ClientsMT
MT&&BT
BT
RRéégies
gieset
etConcessionnaires
Concessionnaires
HT
ou
11(THT,
764.52
(38,7%)
(THT,
HTGWh
ouMT)
MT)
Clients Directs THT/HT
4 637.21 GWh (15,3%)
Clients
ClientsMT
MT&&BT
BT
Equilibre Offre-Demande
Direction DOS
147
73
07/10/2015
Satisfaction de la pointe maximale
148
Direction DOS
Livraisons d’énergie année 2013
8 Régies de distribution urbaines
3 Distributeurs privés
Lydec, Redal, Amendis
12,5%
26.2%
LIVRAISONS année 2013
30 361GWh
Var 2013/2012 : +3,1 %
Clients directs ONEE THT-HT
15,3%
Direction DOS
10 Directions ONEE de distribution
46,0%
149
74
07/10/2015
PLAN
Le réseau électrique marocain
Stratégie et Perspectives du Développement du
réseau marocain.
Projets ER pilotés par l’ONEE
150
PLAN
Le réseau électrique marocain
Stratégie et Perspectives du Développement du
réseau marocain.
Projets ER pilotés par l’ONEE
155
75
07/10/2015
Programme marocain de l’énergie éolienne 1/3
1.5 Millions TEP
Vitesse moyenne de vent entre 7 et 11 m/s
avec un potentiel dépassant 6000 MW
Programme Marocain de l’énergie éolienne 2/3
Objectif
2000 MW de capacité éolienne en 2020
Déclinaison de l’objectif de 2000 MW éolien
Entre 2012 et 2014
Capacité Installée
650 MW
Abdelkhalek Tores: 50 MW
(IPP/ONE)
Capacité en cours de
développement 220 MW
Taza: 150 MW
Jbel Khalladi: 120 MW (LER)
Amougdoul: 60 MW (ONE)
Tanger: 140 MW (ONE)
Entre 2014 et 2020
Programme Intégré d’Energie
Eolienne (PEI) 1000 MW
+ 200 MW (Abdelkhalek Tores II)
Repowering à 100 MW du parc
existant Abdelkhalek Tores
Tanger II: 150 MW
Jbel Hdid : 200 MW
Tiskrad: 300 MW
Lafarge: 30 MW
(Auto production)
Boujdour: 100 MW
Tarfaya: 300 MW (IPP/ONE)
Extension Abdelkhalek Tores II
200 MW
Midelt: 100 MW
Laâyoune: 50 MW (LER)
Haouma: 50 MW (LER)
Akhefenir: 200 MW (LER)
157
76
07/10/2015
Programme Marocain de l’énergie éolienne 3/3
Rôle de l’ONEE dans les projets éoliens :
 Dans le cadre du Programme Eolien Intégré (PEI):
 Qualification des sites et évaluation du gisement éolien ;
 Mise à disposition des développeurs retenus de l’assiette foncière des sites;
 Prise en charge, à travers des PPP, du développement et de la réalisation des projets
du PEI;
 Participation au capital des Sociétés de Projet avec le Fonds Hassan II et la SIE;
 Contribution au financement à travers des prêts concessionnels accordés à l’ONE et
rétrocédés aux Sociétés de Projets;
 Promotion de l’industrie nationale par l’exigence d’une intégration industrielle locale
dans le Programme
 Lancement des études d’intégration de l’éolien au réseau de transport;
Contraintes d’intégration
En résumé :
Problématique
Les
ressources
renouvelables
dépendent
des
conditions
météorologiques et sont disponibles d’une façon irrégulière. Ceci peut
engendrer des fluctuations de la production de l’énergie éclectique.
Un déficit ou un surplus peut s’en suivre.
Les projections faites pour les centrales conventionnelles ne sont pas
suffisantes pour les ER.
L’intégration de centrales à ER à grande échelle est donc un véritable
défi.
77
07/10/2015
Contraintes d’intégration
Quelques éléments de réponse
 La nécessité de la
présence dans le réseau de centrales
conventionnelles flexibles. (ex : les Turbines à Gaz)
 L’amélioration des prévisions météo : une meilleure prévision à court
terme est nécessaire.
 Le réseau intelligent (smart grid) : charges télécommandables,
onduleurs solaires télécommandables...
 Le stockage de l’électricité.
Merci
173
78