Record du monde dans les Alpes: convertisseur ABB, digne de tous

Record du monde dans les Alpes: convertisseur ABB, digne de
tous les superlatifs, dans un centrale de pompage-turbinage
Le tournant énergétique voit se développer l'intégration des parcs éoliens et solaires
au réseau – et également l'importance de l'accumulation d'énergie. ABB a installé le
plus gros variateur de fréquence du monde, à circuit intermédiaire de tension, pour un
ouvrage hydraulique, dans la centrale de pompage-turbinage Grimsel 2 des KWO
(Kraftwerke Oberhasli AG). Grâce à ce convertisseur, les KWO peuvent optimiser le
pompage, exploiter leur installation de manière plus économique et produire
davantage d'électricité.
Les énergies alternatives issues de l'énergie solaire et éolienne gagnent en importance.
L'électricité est produite là où il y a beaucoup de soleil et de vent – souvent loin des grands
centres de consommation. Les réseaux électriques doivent ainsi relever de nouveaux défis,
car la production est tributaire de la météo, du climat, de l'heure de la journée et de la saison.
Toutefois, il faut que la production et la consommation d'énergie soient toujours en équilibre
sur le réseau afin que ce dernier reste stable.
Transport sur de vastes distances et accumulation
Afin d'assurer la stabilité du réseau, les surcapacités provenant de l'énergie éolienne et
solaire doivent être transportées sur de grandes distances ou stockées sur place. Les lignes
de courant continu à haute tension qui peuvent transporter de gros volumes d'électricité sur
de grandes distances et avec des pertes faibles constituent une solution attrayante. Les
nouvelles technologies de commutation permettent de disposer de réseaux de courant
continu à haute tension dotés de ramifications et complètent les raccords point à point
traditionnels.
L'accumulation offre elle aussi un gros potentiel, apportant une contribution importante au
tournant énergétique. D'une part, les accumulateurs géographiquement proches de la
production jouent un rôle de plus en plus important. A Dietikon, l'EKZ et ABB ont mis en
service la première batterie de 1 MW pour tester l'équilibrage des fluctuations de capacités
sur le réseau d'approvisionnement. D'autre part, la Suisse est le pays idéal pour être la
batterie de l’Europe grâce à ses nombreuses centrales de pompage-turbinage.
Les batterie de l’Europe sont dans les Alpes
Les centrales de pompage-turbinage, commes les aménagements des Kraftwerke Oberhasli
AG (KWO) à Innertkirchen, constituent le tampon idéal pour compenser les fluctuations des
réseaux suisses et européens: ils accumulent l'énergie excédentaire sous forme d'eau dans
leurs lacs et la transforment de nouveau en électricité en temps opportun – au moment où
les exploitants des réseaux en ont besoin pour stabiliser ce dernier.
L'une des compétences clés des KWO est de mettre cette énergie de réglage à la disposition
de l'exploitant du réseau, en temps voulu. En avril 2013, afin de pouvoir exploiter ce
processus de manière aussi efficiente que possible, les KWO ont mis en service un
convertisseur de 100 MVA, le plus puissant à avoir été jamais installé dans une centrale
hydroélectrique Comptant 1000 semi-conducteurs, ce convertisseur long de 10 mètres
environ et large de 7 occupe deux étages et est situé juste derrière la salle des machines.
L'électronique de puissance repose sur la technologie IGCT (Integrated Gate-Commutated
Thyristor). Celle-ci permet d'adapter le couple de la pompe de manière très flexible de sorte
que la puissance absorbée par la pompe puisse être réglée individuellement.

Le réglage du couple a des répercussions sur la puissance
La variation de fréquence – et donc celle du couple – influence la puissance absorbée par la
pompe. Dans le cas de Grimsel 2, la puissance se situe entre 60 et 100 MW, le couple entre
690 et 765 tours/minute, ce qui correspond à une variation de fréquence de 46 à 51 hertz.
Le convertisseur d'ABB repose sur la technologie éprouvée de conversion de puissance
PCS 8000. La fonction du convertisseur peut s'expliquer brièvement en trois étapes. Dans un
premier temps, la tension de courant alternatif du réseau est transformée en tension de
courant continu. Dans un deuxième temps, la tension de courant continu est stockée à court
terme dans le circuit intermédiaire. Dans un troisième temps, la tension de courant continu
est découpée en petits tronçons à l'aide des modules de l'électronique de puissance IGCT
afin d'en faire une tension de courant alternatif de fréquence variable.
La puissance se règle également lors de l'exploitation par pompage
Grâce au convertisseur, les KWO peuvent maintenant également régler la puissance de l'un
des quatre groupes de Grimsel 2 pendant l'exploitation. Ceci constitue un net progrès car,
jusqu'à présent, il était uniquement possible de procéder à un réglage en mode de turbinage.
«Lorsque nous voulions uniquement pomper, nous devions faire tourner une turbine
supplémentaire dans l'un des autres ouvrages et faire couler des lacs de retenue afin de
produire l'électricité nécessaire pour faire tourner nos pompes. C'était la seule manière
d'honorer notre fonction de réglage au sein du réseau», explique Hans Schlunegger,
responsable de projet chez les KWO.
Pour les KWO, l'eau est un bien précieux. Utilisée de manière plus efficiente, elle permet de
générer davantage d'électricité. A lui seul, Grimsel 2 utilise chaque année 5 à 6 fois le
contenu du lac du Grimsel. Grâce au nouveau convertisseur, l'eau de retenue peut
maintenant être exploitée de manière optimale pour la production d'énergie de réglage et

d'électricité de pointe. Pour les KWO, la rentabilité de l'ouvrage s'en trouve améliorée.
«Jusqu'à présent, nous devions souvent traiter la précieuse eau d'accumulation des lacs de
retenue pour assurer l'énergie de réglage requise. Grâce au variateur de fréquence réglable,
l'efficacité des aménagements de la centrale de pompage-turbinage Grimsel 2 peut être
nettement augmentée et il est possible de générer davantage d'énergie de pointe», explique
Gianni Biasiutti, CEO des KWO.
Un jalon pour les KWO et ABB
«Pour ABB également, il s'agit là d'un jalon, car ce variateur de fréquence à circuit
intermédiaire est le premier convertisseur de cette catégorie de puissance au monde à être
installé dans une centrale hydro-électrique», explique Steve Aubert, Global Product Manager
Hydro de la business unit locale Power Conversion à Turgi. ABB est ainsi leader
technologique dans les applications à réglage de couple pour l'hydraulique. Le premier grand
convertisseur de tension d'Europe, employé dans une application hydraulique, est utilisé
depuis 2010 déjà sous la forme d'une bobine AC, dans une machine asynchrone à double
alimentation montée dans l'ouvrage d'Avĉe. Avec Grimsel 2, ABB a ainsi franchi une étape
de plus. Et la société est confiante que d'autres centrales hydro-électriques seront dotées
d'un tel convertisseur – peut-être même plus puissant.
Informations
Steve Aubert
ABB Automation Products
Turgi, Schweiz
[e-mail]
Encadré KWO
Les Kraftwerke Oberhasli KWO dont le siège est à Innertkirchen produisent quelque 2,35
milliards de kilowatts/heure de courant électrique par an à l'aide de 9 centrales, 26 turbines
et une puissance d'environ 1125 MW. Ils couvrent ainsi la consommation annuelle d'environ
1,2 million de personnes. Dans la zone de concession des KWO, environ 700 millions de
mètres cube d'eau tombent chaque année sous forme de pluie et de neige.
Construite entre 1973 et 1980, la centrale Grimsel 2 offre une puissance turbinée de 4 x 90
MW. Le dénivelé entre le lac de l'Oberaar et celui du Grimsel est de 400 mètres, le débit de
l'eau turbinée de 93 mètres cube par seconde.