Structure des réseaux électriques et dimensionnement des lignes

Une centrale (production d’énergie) est un site industriel destiné à la production d’électricité. Les centrales électrique transforment différentes sources d’énergie naturelle en énergie électrique afin d’alimenter en électricité les consommateurs, depuis la centrale de génération jusqu’aux maisons de compagne les plus éloignées.

Structure de réseau électrique: 

Production de l’énergie électrique

Les centrales électriques ont pour objectif la production d’une grande quantité d’énergie électrique à partir d’autres formes d’énergie. D’après la forme d’énergie transformée on distingue : Les centrales hydrauliques, centrales thermiques, centrales nucléaires, centrales solaires et centrales éoliennes.

Les centrales hydrauliques:
Les centrales hydro-électriques convertissent l’énergie de l’eau en mouvement en énergie électrique. L’énergie provenant de la chute d’une masse d’eau est tout d’abord transformée dans une turbine hydraulique en énergie mécanique cette turbine entraine un alternateur dans lequel l’énergie mécanique est transformée en énergie électrique .

Suivant la hauteur de chute, on distingue:

a-Les centrales de haute chute: Ont des hauteurs de chute supérieures à 300m, elles utilisent des turbines Pelton .

b-Les centrales de moyenne chute: Ont des hauteurs de chute comprise entre 30m et 300m, elles utilisent des turbines Francis .

c-Les centrales de basse chute: Ont des hauteurs de chute inférieurs à 30m, elles utilisent des turbines Kaplan.

Les centrales thermique:
La chaleur produite dans la chaudière par la combition du charbon, gaz ou autre, vaporise de l’eau. Cette vapeur d’eau est alors transportée sous haute température vers une turbine. Sous la pression les pales de la turbine se mettent à tourner. L’énergie thermique est donc transformée en  énergie mécanique ; celle-ci sera, par la suite, transformée à son tour en énergie électrique via un alternateur. A la sortie de la turbine, la vapeur est transformée en eau (condensation) au contact de parois froides pour être renvoyée dans la chaudière où le cycle recommence. La plus part de ces centrales ont une capacité comprise entrre 200MW et 2000MW afin de réaliser les économies d’une grosse instalation. On les trouvent souvant prés d’une rivière ou d’un lac, car d’énorme quantités d’eau sont requise pour refroidir et condenser la vapeur sortant des turbines .

Les centrales nucléaire:
Les centrales nucléaires produisent l’électricité à partir de la chaleur libérée par une réaction nucléaire. Ce phénomène est provoqué par la division du noyau d’un atome, procédé qu’on appelle fission nucléaire. Remarquons qu’une réaction chimique telle que la combustion du charbon produit un simple regroupement des atomes sans que leurs noyaux soient affectés, une centrale nucléaire est identique à une centrale thermique, sauf que la chaudière brulant le combustible fossile est remplacée par un  réacteur contenant le combustible nucléaire en fission. Une telle centrale comprend donc une turbine à vapeur, un alternateur un condenseur… etc. Comme dans une centrale thermique conventionnelle, le rendement global est semblable (entre 30% et 40%) et l’on doit encore prévoir un système de refroidissement important, ce qui nécessite un emplacement prés d’un cours d’eau ou la construction d’une tour de refroidissement .

Les centrales solaire: 
On distingue les centrales électriques solaires photovoltaïques et des centrales solaires thermiques.

a-Centrale solaire photovoltaïque:
Ce mode de production d’électricité avec l’énergie solaire utilise les rayonnements lumineux du soleil, qui sont directement transformés en un courant électrique par des cellules à base de silicium ou autre matériau ayant des propriétés de conversion lumière/électricité. Chaque cellule délivrant une faible tension, les cellules sont assemblées en panneaux (Figure I-4-a). Ce système, bien que de rendement faible, est très simple à mettre en œuvre et particulièrement léger. Inventé par les besoins des satellites artificiels militaires, il est aujourd’hui très utilisé pour une production locale ou embarquée d’électricité.

b-Centrale solaire thermique:
Une centrale solaire thermique capte un maximum d’énergie thermique solaire en utilisant plusieurs rangées de miroirs disposés en arc de cercle face à la course du soleil, qui renvoient les rayons solaire en un seul point(le foyer). Pour que le foyer ne change pas de position en permanence, les miroirs sont orientables et pilotés par un système centralisé. A ce foyer, une chaudière contenant un liquide sert de capteur d’énergie.

Les centrales éoliennes:
L’énergie éolienne est produite par l’utilisation du vent sous une forme mécanique. Des installations intéressantes furent mises au point, répondant à des besoins ponctuels. On couple la roue à pâles à un générateur d’électricité. En général l’énergie obtenue est accumulée sous forme électrique dans des batteries qui peuvent assurer d’une à deux semaines de consommation par absence du vent, car l’un des ennuis gravant l’énergie éolienne et quelle est très irrégulière. D’une part le vent ne souffle jamais en continu, ses flux se produisent le plus souvent par rafles, d’autre part, les obstacles gênent son écoulement au niveau du sol (relief, arbre, maisons,…etc.) le rendent fréquemment turbileur. Cette anarchie physique fatigue les éoliennes et abiment rapidement leur systèmes mécanique permettant la giration des pales dans le sens verticale ainsi que leur orientation dans le sens horizontale .

Transport de l’énergie électrique

Les réseaux de transport sont à très haute tension (de 150 kV à 800 kV) (en cas de l’Algérie 220kV prochainement elle sera 400kV) ont comme but d’acheminer l’énergie des centrales de production jusqu’aux abords des grands centres de consommation, il permet de réaliser à chaque instant l’égalité de la production et de la consommation sur l’ensemble du territoire en respectant des  contraintes fortes sur le maintien de la tension et de transporter des quantités élevées d’énergie dans des conditions économique favorables. Il est constitué de lignes à très haute tension de manière à minimiser les pertes joule et les chutes de tension sur ces grandes distances. Les interconnexions sont également réalisées à travers ces réseaux. Pour remplir correctement sa mission et faire face aux évènements imprévus, le réseau de transport aura une structure fortement maillé   qui garantisse une très bonne sécurité d’alimentation, car la perte de n’importe quel élément (ligne électrique, transformateur ou groupe de production) n’entraîne aucune coupure d’électricité si l’exploitant du réseau de transport respecte la règle dite du « N-1 » (possibilité de perdre n’importe quel élément du réseau sans conséquences inacceptables pour les consommateurs).