Le retour d’une technologie ancienne aide l’Australie à gérer sa variabilité électrique

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.

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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 :

12 réflexions sur “Le retour d’une technologie ancienne aide l’Australie à gérer sa variabilité électrique”

  1. 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.

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    1. 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.

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      1. 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.

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    2. 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 😉

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    3. 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.

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  2. 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.

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  3. 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 ?

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    1. 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.

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