1. Résumé 1.1. Avantages de la supraconductivité à haute tem

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Zusammenfassungen der HTSL-Systemstudie in Französisch
1. Résumé
L’ étude système „Supraconductivité à haute température (HTSC) et réseau“ montre, compte tenu
des connaissances actuelles dans le domaine, quelles contributions, autant du point de vue tech-
nique qu’économique, peut apporter l’utilisation des matériaux et composant HTS dans un système
tel que le réseau électrique.
1.1. Avantages de la supraconductivité à haute tem-
pérature.
En plus d’une résistivité nulle les HTSC permettent des densités de courant très élevées, ce qui
peut être déterminant dans l’enjeu économique pour l’introduction de ces nouvelles technologies.
Les valeurs de densité de courant pour les matériaux les plus connus sont aux alentours de 100
A/cm2 soit un facteur 10 au dessus des conducteurs classiques aluminium ou cuivre. Une des au-
tres propriétés intéressante est la transition de l’état supraconducteur à l’état normal, utilisée pour
des fonctions de limitation.
Au vu des coûts d’investissement et d’entretient l’utilisation des composants HTSC n’est pas justi-
fiée par la seule diminution des pertes. Cependant il est clair qu’il existe des besoins dans les ré-
seaux où l’utilisation des composants HTSC est prévisible.
L’intégration des limiteurs de courant et des transformateurs en est un bon exemple. Il y a combi-
naison des avantages d’avoir à la foi des pertes réduites et aussi un comportement en limiteur de
courant. L’impédance du transformateur peut ainsi être réduite et par conséquent sa capacité
augmentée, d’où une meilleure stabilité en tension du côté secondaire. Cette synergie conduit à
une réduction des coûts d’investissement, une augmentation des capacités d’utilisation des ré-
seaux de transport et de distribution ainsi qu’une augmentation de leur efficacité énergétique.
1.2. Résultats des études de cas
Un système optimal de transmission d’énergie utilisant les propriétés particulières des technologies
de la supraconductivité nécessite une attention particulière. Les thèmes suivant ont été traités dans
les études de cas:
- Augmentation de la capacité de transport des réseaux
- Augmentation du maillage des réseaux
- Augmentation de la qualité et disponibilité du réseau
- Redimensionnement de certains éléments du réseau
- Réduction des pertes
- Contrôle de flux dans les réseaux maillés
- Contrôle de réseaux étoilés
- Réduction des impacts environnementaux
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- Augmentation de la stabilité dynamique
- Interconnexion d’installations de production
- Développement de nouveaux concepts de disjoncteurs
- Transport d’énergie en courant continu
Les résultats de cette étude système sont classés dans les catégories „Visions“, „Idées“ „solu-
tions“ et „solutions économiques“ :
Solutions économiques: Les études de cas concernant le limiteur de courant montrent qu’il a tech-
niquement tout son sens quel que soit la puissance nominale ou le niveau de tension. Les prix de
tels appareils sont actuellement difficiles à formuler, ils devraient se situer dans une fourchette de 1
à 15 CHF/kVA. Un coût dans la partie inférieure de cet intervalle permettrait une utilisation écono-
miquement intéressante dans les réseaux de distribution ou les réseaux d’entreprises. Ceci dé-
coule de la possibilité de remplacer des disjoncteurs de puissance coûteux par des appareils plus
simples. D’autre part en prenant un prix de 4 CHF/kVA pour le limiteur, les avantages économi-
ques sont résumés dans la tabelle ci-dessous:
Nouvelle
installation
Etude de cas
Redimensionn
ement
disponibilité
accrue
extension des
investissement
s
Feeder: + ++
station 380/220 kV -- =
station 220/110 kV -- =/+
réseau industriel ++ + ++
-+
++
réseau suprarégionnal (p.ex. 60 kV) ++ = =
réseau de distribution régional (p.ex. 16 kV) ++ ++ +/++
réseau basse tension 400V + ++ ++
Installation
existante
++: économiquement très intéressant; '+: économiquement intéressant
=: gain possible
-: pas d'avantage économique; '--: mauvaise application
centrale 1200 MW
centrale 200 MW
/++
+
Les avantages du transformateur supraconducteur sont des pertes faibles, un volume et un poids
réduit et une meilleure compatibilité environnementale. Compte tenu de leur comportement au ré-
enclenchement les premiers emplacements économiquement intéressants des transformateurs
supraconducteurs seront dans les réseaux urbains et comme interface pour des centrales. Avec
l’inclusion de la fonction de limitation l’aspect économique sera d’autant plus intéressant.
Solutions: En raison de pertes plus faibles, les câble supraconducteurs peuvent véhiculer plus de
puissance dans un conduit existant de section donnée. En raison des courants très élevés, ces câ-
ble devraient être construits différemment des câbles conventionnels en cuivre. Outre un montage
coaxial un montage concentrique des trois phases est faisable. Pour les deux variantes les champs
externes pourraient être maintenus à un niveau très faible ce qui pourrait être nécessaire au vu des
courants très importants. Avec ces arrangements, il serait possible de donner à un câble de 110
KV aux mêmes dimensions la capacité de transport de celui d’un câble de 380 KV.
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L’enjeu du câble est particulièrement intéressant pour un système à courant continu, grâce à des
courants très élevés il serait possible d’éliminer un niveau de tension du réseau.
FCL FCL
compensation
0km 30km
G
G
G
G
réseau urbain
réseau urbain
réseau urbain
réseau urbain
24kV 24kV DC
24kV
24kV
24kV
24kV AC
220kV AC
220kV AC
11kV
Du côté purement technique on en tire les conclusions:
- Les câbles supraconducteurs sont intéressant au dessus de 20 kV aussi bien en AC qu’en
DC
- Du point de vue économique le câble DC supraconducteur est plus attractif que sa version
AC. Pas de pertes de conduction, pas de pertes diélectriques et un design très compact sont
des avantages décisifs.
L’enjeu pour le SMES HTS est actuellement réduit car nous ne disposons pas des matériaux (cé-
ramiques BISSCO) avec des densités de courant suffisantes en présence d’un champ magnétique
élevé. Avec l’avènement des conducteurs à base d’ YBCO le problème sera à reconsidérer car ses
capacités sont très supérieures.
Idées: La construction de réseaux avec des câbles et transformateurs supraconducteurs à faibles
pertes, coaxiaux ou concentriques peut augmenter leur capacité de transport.
La capacité à établir des courants importants dans des câbles supraconducteurs offre la possibilité
de remplacer dans certains cas le niveau 380 kV par du 110 kV. D’autre part on pourrait laisser le
réseau européen à 380 kV et opérer une transformation directe sur des dorsales supraconductri-
ces pour le réseau de distribution.
Visions: Si, pour des raisons écologiques, la réalisation de lignes aériennes devenait par trop diffi-
cile et qu’il faille les enterrer alors le câble supraconducteur offrirait la possibilité de suivre la de-
mande sans cesse croissante des centres urbains, ce de manière à la foi économique et écologi-
que. Des connexions supraconductrices sous les tunnels routiers ou ferroviaires transalpins sont
des scénarii imaginables pour une dorsale de transit à travers la Suisse combinant faibles pertes et
avantages environnementaux.
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