Production et transport de l’électricité BTS électrotechnique ARTAUD - Cancel Christophe Page 1/9 1. La production électrique En France métropolitaine, la production d’électricité a quasiment quadruplé entre1970 et 2010, où elle a atteint un niveau de 550 TWh. Cette production s’est depuis stabilisée, sous l’effet combiné d’un retrait d’installations thermiques et du développement des énergies renouvelables. Ce phénomène répond également à la stabilisation de la consommation électrique française (corrigée du climat) autour de 480 TWh depuis 2011. La production électrique française varie chaque année en fonction : - de la disponibilité des installations de production : celles-ci peuvent en effet connaître des périodes d’indisponibilité ou dépendre d’une source aléatoire ou intermittente. - du niveau de la consommation d’électricité, qui dépend notamment des conditions climatiques, des efforts d’efficacité énergétique, et du contexte économique ; - de la situation des autres pays d’Europe de l’Ouest, vers lesquels la production électrique française peut être exportée. Question : à partir des données (2018) ci-dessus, calculer la puissance moyenne de production en MW. 2. Le coût de production de l’électricité Le coût de production dépend de nombreux critères. Ces plages de variation s’expliquent notamment par le type de technologie considérée, la ressource du site, le productible au nord et au sud de la France, le montant de l’investissement, etc. Pour l’EPR, il s’agit pour l’instant d’objectifs. (Source : Adème, Cours des Comptes) PRESENTATION ET PRINCIPALES CARACTERISTIQUES Date : Production et transport de l’électricité BTS électrotechnique ARTAUD - Cancel Christophe Page 2/9 3. Le prix de l’électricité Le prix et la fiabilité des approvisionnements énergétiques, notamment de l'électricité, jouent un rôle essentiel dans la stratégie d'approvisionnement énergétique d'un pays. Le prix de l'électricité est particulièrement important pour la compétitivité internationale, étant donné que l'électricité représente généralement une part significative de la facture énergétique totale payée par les entreprises des secteurs de l'industrie et des services. Ces prix sont influencés, dans une certaine mesure, par le prix des combustibles primaires ainsi que, plus récemment, par le coût des certificats d'émission de dioxyde de carbone (CO2). 4. Bilan carbone de la production électrique Le bilan carbone de la production d’électricité a été réalisé par plusieurs organisations. Une Analyse de Cycle de Vie (ACV) tient compte de : - La fabrication des composants du système L’installation du système Son utilisation Sa maintenance Sa désinstallation et de son traitement en fin de vie Technologie gCO2/kWh Eolien 9-10 Hydroélectrique 10-13 Solaire polycristallin 10-32 Biomasse 14-41 Nucléaire 66 Gaz 443 Ramené à un pays, utilisant plusieurs sources de production, le bilan carbone de la production d’électricité nationale donne le graphique suivant. PRESENTATION ET PRINCIPALES CARACTERISTIQUES Date : Production et transport de l’électricité BTS électrotechnique ARTAUD - Cancel Christophe Page 3/9 Que veut dire un étalement horizontal (France, Norvège, Suède)? Que veut dire un étalement vertical (Portugal, Belgique)? Quel est le pays ayant la plus forte émission de CO2 (Le cercle est la valeur moyenne)? 5. Les centrales hydrauliques En France métropolitaine, on dénombre environ 2 300 installations hydroélectriques, de tailles et de puissances très diverses. Justifier la variation de la production hydraulique observée en france : PRESENTATION ET PRINCIPALES CARACTERISTIQUES Date : Production et transport de l’électricité BTS électrotechnique ARTAUD - Cancel Christophe Page 4/9 L'énergie hydraulique permet de fabriquer de l'électricité, dans les centrales hydroélectriques, grâce à la force de l'eau. Cette force dépend soit de la hauteur de la chute d'eau (centrales de haute ou moyenne chute), soit du débit des fleuves et des rivières (centrales au fil de l'eau) : P = m.g.h. Il est aussi possible d’utiliser la force des marées : usine marémotrice. Les centrales marémotrices exploitent l’énergie issue des marées dans des zones littorales de fort marnage (différence de hauteur d’eau entre la marée haute et la marée basse se succédant). Elles utilisent le marnage pour produire de l’électricité en exploitant la différence de hauteur entre deux bassins séparés par un barrage. PRESENTATION ET PRINCIPALES CARACTERISTIQUES Date : Production et transport de l’électricité BTS électrotechnique ARTAUD - Cancel Christophe Page 5/9 Les centrales STEP, fonctionnent en cycles pompage-turbinage entre un réservoir inférieur et un réservoir supérieur, grâce à des turbines-pompes réversibles. Elles constituent un outil de stockage efficace contribuant à l’équilibre du système électrique. 6. Energie éolienne Dans une éolienne, l’énergie est produite par une machine asynchrone. La force du vent fait tourner les pales, dont la vitesse de rotation est adaptée à la vitesse de la MAS par un réducteur de vitesse. Un frein permet de maintenir l’éolienne à l’arrêt. La nacelle est orientée en permanence face au vent. PRESENTATION ET PRINCIPALES CARACTERISTIQUES Date : Production et transport de l’électricité BTS électrotechnique ARTAUD - Cancel Christophe Page 6/9 7. Centrales thermiques La production d’électricité à partir du soleil utilise l’effet photovoltaïque. Cet effet est mis en œuvre par des semi-conducteurs à jonction PN, et se traduit par la mise en circulation d’électrons arrachés par des photons d’énergie suffisante. Les PV peuvent être en silicium mono cristallin, en silicium polycristallin ou utiliser la technologie des couches minces. Une centrale électrique thermique est une centrale qui produit de l'électricité à partir d'une source de chaleur obtenue à partir de la combustion de gaz (TAC : centrale à turbine à combustion, à cycle simple ou combiné), de déchets ou de biomasse. Fortement émettrice de CO2, les centrales thermiques sont utilisées en France pour fournir de l’électricité lors des périodes de consommation de pointe. 8. Centrales thermiques nucléaires L'énergie d'une centrale nucléaire provient de la fission de noyaux d'atomes d’uranium ou de plutonium. Celle-ci dégage de la chaleur, qui sert dans un premier temps à vaporiser de l'eau, comme dans toute centrale thermique conventionnelle, puis la vapeur d'eau produite entraîne en rotation une turbine accouplée à un alternateur qui produit à son tour de l'électricité. PRESENTATION ET PRINCIPALES CARACTERISTIQUES Date : Production et transport de l’électricité BTS électrotechnique ARTAUD - Cancel Christophe Page 7/9 Pourquoi y a-t-il 2 circuits ? Pourquoi il y a-t-il une enceinte de confinement ? 9. Panneaux solaires photovoltaïques Le rayonnement solaire est une ressource gratuite, utilisable pour être transformé en chaleur ou en électricité. Cette ressource est cependant inégalement répartie sur le territoire français. Pour le photovoltaïque, un écart de 50 à 60 % de production peut être attendu entre les Hauts de France et la région PACA. Le rendement d’une installation étant lié à sa production, cet écart impactera le temps de retour sur investissement de l’installation. La production d’électricité à partir du soleil utilise l’effet photovoltaïque. Cet effet est mis en œuvre par des semi-conducteurs à jonction PN, et se traduit par la mise en circulation d’électrons arrachés par des photons d’énergie suffisante. 10. Taux de charge des moyens de production L'énergie électrique produite doit être adaptée à la consommation : en France, cette fonction est centralisée et s’appelle le dispatching. A partir des données météo, et des statistiques, ce centre établie une courbe de production prévisionnelle. En fonction de la météo, une courbe de production des énergies renouvelables est aussi effectuée. Calculer le taux de charge des centrales nucléaires, du solaires, des éoliennes et des centrales hydrauliques à 4h45 et 12h30. Commenter ces valeurs. PRESENTATION ET PRINCIPALES CARACTERISTIQUES Date : Production et transport de l’électricité BTS électrotechnique ARTAUD - Cancel Christophe Page 8/9 11. Présentation des réseaux d’électricité Les réseaux de transport et de distribution acheminent l'électricité depuis les installations de production jusqu’aux sites de consommation. Ces infrastructures sont constituées de lignes aériennes, de câbles souterrains et de postes de transformation à travers lesquels circule l’électricité. Situés aux nœuds du maillage ou de l’arborescence du réseau, les postes de transformation accueillent les transformateurs qui changent le niveau de tension ainsi que les appareils de coupure et de contrôlecommande du réseau. On distingue trois niveaux de réseaux : - le réseau de grand transport et d’interconnexion qui achemine, en 400 kV ou 225 kV, de grandes quantités d’énergie sur de longues distances avec un faible niveau de perte (« autoroutes de l’énergie ») ; - les réseaux régionaux de répartition qui répartissent l’énergie au niveau des régions et alimentent en 225 kV, 90 kV et 63 kV les réseaux de distribution publique et les gros clients industriels ; - les réseaux de distribution à 20 kV et 400 V, qui desservent les consommateurs finaux en moyenne tension (PME-PMI) ou en basse tension (clientèle domestique, tertiaire, petite industrie). Les pertes dues au transport sont égales à 2,5 %, soient 11,5 TWh par an sur le réseau de transport. C’est pour limiter les pertes que le transport sur de longues distances se réalise en haute tension. Commenter le maillage du réseau national : Commenter le maillage de la zone Port de bouc/Aix en Provence/Marseille/La Ciotat PRESENTATION ET PRINCIPALES CARACTERISTIQUES Date : Production et transport de l’électricité BTS électrotechnique ARTAUD - Cancel Christophe Page 9/9 Le maillage national permet la solidarité entre les régions pour la production électrique. 12. Domaine de tension 13. Exercices A partir de l’écomix de RTE, relever les valeurs de consommation, de production, de C02 à 4 h, 12h et 19h pour les journées du 4 février, du 17 juin et du 16 septembre 2019 au niveau national. Calculer les taux de charges de chaque type de production. Justifier ces valeurs. Faire le même travail au niveau PACA (Sauf C02). PRESENTATION ET PRINCIPALES CARACTERISTIQUES Date :
