Production d’énergie décentralisé et la qualité de l’énergie

Pendant les dernières années, la décentralisation des moyens de production d’énergie électrique associant plusieurs sources complémentaires (éolien, photovoltaïque, pile à combustible … etc.) est en plein de développement [17-19,143]. Ainsi, des changements à grande échelle au niveau du transport et de la distribution d’électricité.

Les systèmes de transport seront confortés pour transmettre l’énergie électrique provenant des grands parcs éoliens, photovoltaïques, systèmes géothermiques et solaires thermiques [17-19]. Dans le système de distribution, la connexion de générateurs de faible puissance (photovoltaïques, pile à combustible, microcentrales hydrauliques, etc.) habituellement désignée à la production décentralisée (PD) [2, 17-19,33].

Cependant, l’intégration du PD dans le système de distribution perturbe la caractéristique radiale du flux de puissance via les câbles de distribution. De plus, l’ interfaçage entre PD et le réseau électrique à travers l’électronique de puissance peut provoquer également des problèmes au niveau de stabilité, système de sécurité et protection, la continuité d’approvisionnement et la qualité de l’énergie destinée aux utilisateurs qui demandent une qualité très élevée.

La qualité d’énergie peut être aussi affectée par un taux de pénétration trop élevé du PD et n’est pas appropriée aux spécificités des réseaux auxquels est interfacé. Le comportement de l’électronique de puissance utiliser pour l’ interfaçage entre le PD et le réseau est l’ origine de la dégradation de la qualité d’ énergie [17-19,35]. De plus, la vaste utilisation des charges électriques basées sur des composantes d’électronique de puissance au niveau du consommateur entraîne des problèmes de perturbation supplémentaires dans les réseaux électriques, comme: la destruction de condensateurs ou des disjoncteurs sous l’ influence de courants harmoniques forts et amplifiés par des résonances, l’échauffement des transformateurs et des fils de neutre qui ont des effets sur des échéances à long terme et qui se traduisent par des dommages accélérés de l’équipement .

Cependant, l’utilisation des interfaces d’électronique de puissance et des stratégies de commande et de contrôle adéquates permet au PD de contrôler la puissance active et réactive, et aussi d’améliorer le problème de la qualité d’énergie [17-19, 34 36]. Malgré cela, des améliorations restent à faire et un effort de recherche intensif doit être dirigé pour offrir des innovations afin d’apporter le réponse aux problèmes liés à l’interconnexion du PD avec le réseau .

Les énergies renouvelables 

Depuis quelques décennies, notamment après Fukushima 2011, pour la première fois dans l’histoire, plusieurs pays avec un passé nucléaire envisagent un futur énergétique non nucléaire [13,17]. La catastrophe de Fukushima n’a fait qu’exacerber les changements majeurs auxquels le marché de l’énergie est confronté à cause d’une combinaison de plusieurs facteurs. Parmi ces facteurs l’augmentation de la demande énergétique afin de répondre aux exigences industrielles et quotidiennes sans cesse associées à des risques de pénurie des ressources énergétiques fossiles et leurs effets sur le changement climatique et l’environnement, montrent encore une fois de l’importance des énergies renouvelables qui représentent une solution importante [1 , 5, 13, 17]. À l’avenir, la production de l’énergie électrique par des sources propres et non polluantes (énergies renouvelables) est devenue un impératif essentiel au niveau mondial où l’environnement est menacé par la pollution et l’effet de serre .

Dans ces dernières années, plusieurs pays se focalisent sur le développement et l’exploitation des sources d’énergies renouvelables pour remplacer partiellement les sources d’énergie conventionnelles pour la production de l’électricité pour de multiples raisons [1, 10, 14]. Une énergie est appelée renouvelable si elle est produite à partir de ressources primaires inépuisables, l’avantage majeur de ces énergies est le fait qu’elles soient propres, c’est-à-dire, qu’elles supposent avoir un faible impact environnemental, par lequel nous pouvons mettre fin aux émissions de dioxyde de carbone [7-8, 143]. Présentement, il existe diverses sources d’énergie renouvelable, on peut citer hydroélectriques, éolienne, solaire, océaniques, la biomasse, le biogaz et les biocarburants liquides, la géothermie … etc., mais les énergies renouvelables les plus répandues (sources primaires réparties et disponibles largement) et les plus adaptées aux applications réseaux sont l’énergie éolienne et l’énergie photovoltaïques, on trouve l’énergie photovoltaïque qui fait l’objet de ce travail [1 , 8, 17].

Le développement et l’exploitation des énergies renouvelables, notamment l’énergie solaire (photovoltaïque) qui représente une solution importante et serait susceptible de mitiger beaucoup de problèmes grâce principalement à ses impacts insignifiants sur l’environnement, et le fait que cette énergie est renouvelable et serait capable de contribuer au développement dans le monde. Donc, la production d’électricité décentralisée via des sources d’énergies renouvelables donne une grande sûreté d’approvisionnement de consommateurs et en plus respecte l’environnement [6, 9]. Cependant, le caractère intermittent des sources exige des règles spécifiques de dimensionnement et d’utilisation de ces systèmes d’énergie .

Énergie éolienne 

L’énergie cinétique des vents peut être convertie en des formes utiles d’énergie comme l’énergie mécanique ou l’électricité. À l’heure actuelle, l’énergie éolienne est de plus en plus utilisée pour produire l’électricité [1 , 8, 38]. Les systèmes éoliens transforment l’énergie cinétique du vent en énergie électrique via des turbines aérogénérateurs. Les deux types de générateurs essentiellement utilisés sont les machines synchrones et les machines asynchrones sous leurs diverses variantes. Selon la fonction de ces types, leur connexion au réseau se fait soit directement ou réaliser par l’intermédiaire d’électronique de puissance [1 , 8, 38]. Les éoliennespeuvent être utilisées individuellement, mais elles sont souvent regroupées pour former des « parcséoliens» ou des « centrales éoliennes ». Il y a aussi deux possibilités d’installation des parcs éoliens raccordés au réseau : éolien en mer (offshore) et éolien sur terre (on shore). La plage de puissances d’un parc éolien peut varier entre quelques kilowatt (systèmes mini éoliens) à quelques centaines de mégawatt (grands systèmes éoliens) [1 , 8, 38]. La transformation de l’énergie cinétique en énergie électrique se réalise en deux étapes : au niveau de la turbine (rotor), qui extrait une partie de l’énergie cinétique du vent disponible  pour la transformer en énergie mécanique, le rotor qui est connecté à un multiplicateur transporte l’énergie mécanique à une génératrice. Après, au niveau de la génératrice (alternateur) qui reçoit cette énergie et la transformer en énergie électrique [1,6 9,38]. Selon la génératrice, il ya actuellement trois principaux types de systèmes éoliens: système éolien à vitesse fixe avec machine asynchrone à cage d’écureuil, système éolien à vitesse variable avec machine asynchrone à double alimentation et système éolien à vitesse variable avec machine synchrone à inducteur bobiné ou à aimant permanent [1, 6-9, 38].

L’énergie éolienne occupe présentement le rôle de vedette parmi toutes les énergies renouvelables avec un potentiel mondial de 30 1015 kWh/an [2]. La marge de progression rapide de cette production décentralisée rend difficile la stabilisation du réseau électrique, à cause du déséquilibre entre production – consommation et plus fréquemment les parcs éoliens ne contribuent pas aux services systèmes (régulation de la fréquence et du plan de tension) [1, 6-9, 38]. La production de puissance éolienne à l’avenir est caractérisée par sa fluctuation due à sa source primaire imprévisible et très intermittente. Cela limite l’insertion en grand nombre d’éoliennes dans le réseau et rend difficile leur collaboration aux services système .