Les renouvelables ont battu un nouveau record de taux de pénétration en Australie méridionale à la fin de novembre 2021. La demande locale de cette province a été couverte à 100 % par le solaire et l’éolien pendant une période de 93 heures consécutives, ce qui constitue un record mondial pour un réseau de cette importance. L’exploit a été rendu possible grâce au retour inattendu d’une très vieille technologie électrique, qui facilite la régulation de la fréquence du réseau dans un contexte où l’approvisionnement électrique est soumis à des fluctuations croissantes.
Le retour du compensateur synchrone
Alimenter 100 % d’un réseau électrique avec de l’énergie variable n’est pas simple. L’Australie y est parvenue en remettant au goût du jour une technologie ancienne, le compensateur synchrone (aussi parfois appelé condensateur synchrone). Il s’agit d’un moteur électrique alimenté par du courant continu, comme celui que produisent les panneaux solaires. Il n’est pas destiné à produire du travail mécanique, mais à stabiliser le voltage et la fréquence du réseau électrique au niveau voulu en temps réel.
La capacité à absorber rapidement les variations de demande s’appelle l’inertie du réseau. L’inertie est une propriété inhérente aux turbines à carburant fossile, qui sont de grandes machines dont la vitesse de rotation – et donc la production électrique – ne varie pas rapidement. Mais l’énergie renouvelable ne repose pas sur de grandes machines rotatives et n’apporte donc pas l’inertie souhaitée. C’est pour ces raisons de stabilité que de nombreux projets de transition énergétique comportent encore des turbines au biogaz ou à la biomasse. Mais l’ajout de compensateurs entre l’équipement de production et le réseau vient combler ce besoin de stabilité par un moyen purement électrique.
compensateur synchrone moderne couplé à un volant d’inertie de 40 tonnes.
Les compensateurs synchrones étaient communs dans l’industrie électrique dans les années 1950, après quoi ils ont peu à peu été remplacés par de grands condensateurs comparables à ceux utilisés en électronique. Mais ceux-ci ne gèrent pas de façon efficace les variations élevées et rapides de voltage et de fréquence qu’on rencontre avec les sources renouvelables. D’où le regain d’intérêt pour les anciens condensateurs synchrones, qui ajoutent l’inertie voulue au système.
La province de l’Australie méridionale vient justement d’ajouter quatre compensateurs synchrones à son réseau. Ceci a permis de stabiliser 2 500 MW d’énergie solaire en éolienne en ne gardant que deux très petites unités au gaz en réserve, pour un total de 80 MW. Il faut souligner que cette province ne compte ni usine au charbon ni centrale hydraulique et qu’elle ne dispose que de trois grandes batteries à peine. La stabilisation du réseau sans la moindre puissance fossile paraît donc à portée de main.
L’Australie n’est pas le seul pays à s’intéresser aux compensateurs synchrones. L’équipementier ABB, qui fabrique de tels appareils, en a aussi récemment déployé en Angleterre, au Canada et en Écosse. Ces équipements menacent une partie des installations électriques fossiles, parce qu’elles ne consomment qu’un peu de courant électrique pour donner de l’inertie au réseau, plutôt que des carburants fossiles comme les autres grandes génératrices rotatives.
Des records en pagaille
Au-delà de ces 100 % sur quatre jours, le solaire à lui seul y a couvert 110 % des besoins pendant quelques heures, ce qui a battu le record précédent de 105 %. La combinaison du solaire et de l’éolien, pour sa part, a fourni jusqu’à 135 % de la demande locale. Plus étonnant encore, cet exploit a été réalisé à l’aide d’installations sur toit et de parcs à petite échelle, qui ont complètement comblé les besoins des clients. La demande sur les grands équipements de production centralisés a brièvement été nulle, une première pour un réseau de cette taille.
On pourra objecter que ces records ne représentent pas la situation typique en Australie méridionale. Mais il faut garder à l’esprit que ce n’est qu’un début : l’Australie vient d’annoncer un ambitieux programme de transition pour 2030. En huit ans, elle prévoit multiplier sa capacité de production renouvelable par 3 et sa capacité de stockage sur batterie par 20. Ce qui est exceptionnel aujourd’hui sera beaucoup plus commun demain.
Sources :
- Giles Parkinson. Solar reaches 110 per cent of South Australia demand as more records tumble. Renew Economy, 30 nobembre 2021.
- Andrew Wades. Power Moves: Synchronous condensers are an old technology enjoying a new lease of life, enabling more renewables to connect to the grid. The Engineer, juin 2021.
Énergie et environnement 
Merci pour cette information très intéressante
J’aimeJ’aime
Vive les êtres humains de sciences et de progrès du genre.
Merci pour l’info
J’aimeJ’aime
Cet article est du pur charabia technique.
Un compensateur synchrone permet de réguler très efficacement la tension (ce sont des alternateurs auxquels on ne fournit pas d’énergie mécanique: ils ne peuvent donc produire d’énergie « active » -celle que l’on facture-, mais de grandes quantités d’énergie « réactive », ce qui permet cette régulation de tension).
Ils n’ont aucune action sur la fréquence, contrairement à ce qui est indiqué.
J’aimeJ’aime
Pour information, je n’ai que 65 ans et cette technologie était enseignée dans les années 80 dans toutes les écoles d ingénieurs.
Pour l énergie active, elle est assurée par un volant d inertie.
J’aimeJ’aime
Sans avoir disparu, cette technologie était devenue peu usitée dans le secteur de la production électrique – ce rôle était surtout rempli par des condensateurs électrostatiques. C’est le besoin de donner de la masse aux renouvelables qui suscite un regain d’intérêt.
J’aimeJ’aime
Merci @Papyrus,
En effet, merci d’avertir le lecteur non technique… La vulgarisation systématique tend à déformer -si ce n’est enlever complètement- toute réalité technique. L’article perd le lecteur entre les notions de production (active) et de regulation du réseau (fréquence et énergie réactive).
Ayant quitté depuis quelques années ce domaine d’étude, je ne voudrais pas trops m’avancer, néanmoins il me semble que la capacité d’une machine tournante synchrone à régler la fréquence est tout à fait possible (sur la machine synchrone la vitesse mécanique est directement lié à la fréquence électrique, donc les variation de fréquence seront limitées par l’inertie mécanique; la régulation de l’excitation de la machine permettant elle de consommer ou produire de l’énergie réactive). Toutefois la stabilisation de frequence n’est en effet pas la fonction originelle de compensateur synchrones.
Les condensateurs (parfois appelé batteries de condensateurs) sont aussi là pour compenser l’énergie réactive (i.e. le déphasage entre courant et tension) mais n’ont pour le coup aucun effet direct sur la fréquence.
Dans les énergies renouvelables, l’énergie est en effet presque systématiquement transférée au réseau via des convertisseur à découpage (appelé onduleur ou inverter) qui gènerent une tension dont la fréquence est asservie à celle du réseau (les fonctions avancées d’asservissement nécessite une fréquence relativement stable pour se synchroniser dessus)
Néanmoins d’autres technologie de régulation du réseau se développent, à base de convertisseur statique (similaire à aux onduleur mais avec des algorithme de régulation spécifique pour simplifier)
Toute précision / correction est la bienvenu 😉
J’aimeJ’aime
Vous avez raison, papyrus semble ne pas avoir compris le rôle de la masse en rotation de ce dispositif.
J’aimeJ’aime
C’est faux, ils représentent une masse inertielle en rotation à vitesse angulaire constante comme les alternateurs de production’ des centrales fossiles ou nucléaires et stabilisent la fréquence de la même façon et pour la même raison.
J’aimeAimé par 1 personne
Quand on dépasse les 100% ça me fait peur… De plus, je ne comprends pas l’intérêt. Enfin, essayer de vulgariser en employant des termes tels que « voltage » me fait bondir. Toutes les écoles enseignent la tension et l’intensité. Que ceux qui veulent être lus en France utilisent le Français.
J’aimeJ’aime
Plus de 100% signifie que les besoins sont plus que couverts et qu’on a la possibilité d’exporter les surplus vers d’autres régions ou de les stocker dans des batteries.
J’aimeJ’aime
Cet article est très prometteur, puisque représentant une solution pour le stockage de l’électricité d’origine renouvelable. Pourtant, j’aurais une question : quels minéraux ou autres substances particulières, et en quelle quantité, sont nécessaires au fonctionnement de ces compensateurs de grande taille ? Leur disponibilité est-elle assurée, dans des conditions soutenables ?
J’aimeJ’aime
Voyez la photo: il a suffi de quatre machines de ce genre, soit quelques tonnes de métal. C’est une empreinte insignifiante par rapport au service rendu. Notez qu’il ne s’agit pas de stockage, mais de régulation de la puissance et de la fréquence de l’électricité injectée dans le réseau.
J’aimeAimé par 1 personne
Merci pour cet article
Si je comprends bien :
Les compensateurs synchrones tournent en permanence et leur alimentation électrique est à la charge du réseau avec en sécurité une centrale thermique ?
Le volant d’inertie de 40 tonnes permet d’assurer une synchronisation en cas de micro coupure du courant d’alimentation du compensateur synchrone ?
De ce que j’ai lu d’après RTE sur le Grid Forming, les compensateurs synchrones (ou machines tournantes) ont besoin d’un dispositif d’électronique de puissance, est-ce le cas ici en Australie et quel est leur rôle ?
Merci
J’aimeJ’aime
Les compensateurs synchrones tournent au besoin, mais dans un système où il n’y aurait pas d’autre source de masse, ce serait en effet 100% du temps. Toutefois, comme ils n’effectuent pas de travail à part faire tourner la machine, leur consommation électrique est négligeable. Leru seul but est de gérer les micro variations de demande en accélérant ou en ralentissant légèrement leur vitesse de rotation.
Je ne suis pas ingénieur, mais d’après ce que je comprends, le volant d’inertie couplé à la machine permet simplement d’augmenter sa masse un peu plus. Il faut comprendre qu’en cas d’appel de puissance soudain, cette énergie cinétique est automatiquement convertie en énergie électrique. A tout moment, la production et la consommation d’électricité sont équivalentes (sans quoi de l’énergie serait créée du néant, ce qui est évidemment impossible).
J’aimeAimé par 1 personne
Un compensateur synchrone comme son nom l’indique est l’assemblage sur la même ligne d’arbre d’un moteur électrique synchrone et d’un alternateur qui est couplé au réseau. Le but de cette machine est en premier lieu de réguler la tension du réseau en absorbant ou en fournissant de l’énergie réactive et ce en jouant sur le courant d’excitation de l’alternateur.
Si un volant d’inertie est ajouté à la ligne d’arbre , l’inertie permet d’absorber les microcoupures d’énergie active tel que le passage d’un nuage sur un champ photovoltaïque.
En ajoutant un embrayage et un moteur diesel à cette ligne d’arbre , nous réinventons un groupe « à temps zéro » , source de secours des hôpitaux avant la généralisation des onduleurs de puissance.
J’aimeAimé par 1 personne
OK pour votre explication du moteur synchrone qui entraine en permanence un alternateur connecté au réseau pour en premier lieu réguler la tension du réseau.
Je comprends que cet alternateur peut produire la puissance souhaitable en plus sur le réseau en jouant sur le courant d’excitation de l’alternateur. Cela signifie qu’il faut en plus un dispositif qui observe la puissance sur le réseau pour intervenir en cas de baisse pour y injecter la puissance nécessaire, OK ?
Mais, d’après cette vidéo de RTE le compensateur synchrone n’assure ni la stabilité de la tension ni la stabilité de la puissance mais assure seulement la stabilité de la fréquence (en Hertz).
Qu’en pensez-vous ?
J’aimeJ’aime
Oui, cet équipement assure la stabilité de la fréquence, ce qui est exactement l’enjeu à gérer. La stabilité de la puissance est très facilement gérée en ajoutant ou en effaçant de la puissance renouvelable tenue en réserve. Les équipements modernes sont devenus très réactifs, les variations de puissance se gèrent maintenant à l’échele d’une seconde ou moins.
J’aimeAimé par 1 personne