- Transmission HVDC: une autoroute électrique vers la nouvelle ère des énergies renouvelables
- Technologie des convertisseurs d'alimentation en tension (VSC) dans les systèmes de transmission HVDC
- Progrès de l'infrastructure Ultra HVDC (UHVDC) pour le transport d'énergie renouvelable
Le besoin d'un système de transport d'électricité efficace et flexible a été constamment ressenti dans les économies industrialisées d'aujourd'hui. Il existe un certain nombre d'options à la disposition des décideurs et des entités commerciales, les systèmes de transmission à courant continu haute tension (HVDC) émergeant comme un mécanisme réalisable de gestion de l'énergie.
Le développement de la technologie HVDC annonce un changement radical dans la façon dont l'électricité est transmise sur de longues distances, car elle offre de multiples avantages par rapport aux systèmes de transmission à courant alternatif (CA). Les systèmes de transmission HVDC offrent des avantages en termes de réduction des émissions et de réduction des coûts, lorsqu'ils sont déployés en hauteur sur de longues distances et sous terre ou sous l'eau sur de courtes distances.
En offrant une efficacité transitoire maximale et des pertes de puissance réduites, quelle que soit la distance parcourue par l'électricité, les systèmes de transmission HVDC créent un potentiel important de transmission d'énergie sur de longues distances, telles que les îles et même les continents. Les progrès des technologies HVDC ouvrent la voie aux systèmes d'électricité renouvelable, ce qui signifie des perspectives d'avenir positives pour le marché des systèmes de transport HVDC, évalué à près de 7,4 milliards de dollars américains en 2018.
Transmission HVDC: une autoroute électrique vers la nouvelle ère des énergies renouvelables
Les systèmes de transmission HVDC sont en train de devenir le fondement sur lequel le nouveau système énergétique basé sur des sources renouvelables est développé et mis en œuvre. Les systèmes d'énergie renouvelable, tels que les projets d'énergie solaire et éolienne, sont souvent très volatils et situés dans des régions éloignées. La technologie HVDC en constante évolution gagne du terrain dans la nouvelle économie énergétique avec des lignes de transmission HVDC longue distance qui peuvent transporter de l'énergie avec une efficacité maximale et des pertes de puissance minimales.
Les lignes HVDC deviennent les «autoroutes de l'électricité», qui accélèrent l'avenir des systèmes de production d'énergie renouvelable de trois manières: interconnectant les centrales électriques existantes, développant de nouvelles centrales solaires et intégrant des projets d'énergie éolienne offshore. Les semi-conducteurs de puissance, les câbles haute tension et les convertisseurs font partie des composants clés de la technologie HVDC, qui apportent des caractéristiques distinctes au système de transmission à courant continu (CC) moderne.
Les besoins de construction de nouvelles centrales électriques peuvent être différés avec le déploiement de systèmes de transmission HVDC, car il interconnecte différents systèmes électriques pour fonctionner plus efficacement. Le nouveau système électrique peut réaliser des gains économiques et environnementaux plus importants grâce aux grandes ressources hydroélectriques, qui remplacent les systèmes de production thermique dans les systèmes électriques traditionnels par le biais de lignes de transmission HVDC.
La transmission HVDC est devenue une autoroute de l'électricité pour l'intégration à grande échelle des ressources d'énergie renouvelable afin d'offrir des réseaux interconnectés, suffisamment fiables et flexibles pour relever les défis de la nouvelle économie des énergies renouvelables. Les réseaux de transport HVDC permettent l'équilibrage de charge entre les autoroutes électriques HVDC et le partage des lignes et des stations de conversion dans les projets solaires et les centrales éoliennes offshore. De ce fait, le déploiement de systèmes de transmission HVDC est considéré comme un moyen économiquement viable de fournir redondance et fiabilité dans de tels réseaux électriques.
En outre, les systèmes de transmission HVDC offrent également des solutions réalisables aux défis existants de l'emprise. Un système de transmission HVDC déployé au-dessus peut s'avérer plus fiable qu'une ligne de transmission CA à double circuit. Une infrastructure HVDC peut améliorer l'efficacité transitoire de l'électricité en utilisant des câbles HVDC isolés dans les applications souterraines et sous-marines, ce qui peut accélérer les processus d'autorisation de l'emprise. De plus, les systèmes de transmission HVDC peuvent également être installés à côté ou sur les lignes de courant alternatif existantes, ce qui réduit les besoins d'utilisation des terres de l'emprise.
Technologie des convertisseurs d'alimentation en tension (VSC) dans les systèmes de transmission HVDC
Les systèmes de transmission HVDC utilisent des convertisseurs à commutation de ligne (LCC) à source de courant, qui nécessitent une puissance réactive provenant de condensateurs en série, de bancs de shunt ou de filtres pour fonctionner. Cependant, un système de transmission HVDC conventionnel ne parvient pas à offrir un support de tension dynamique au réseau AC et à contrôler la tension du système dans une plage acceptable, dans la tolérance souhaitée. Par conséquent, les convertisseurs d'alimentation en tension sont utilisés dans les systèmes de transmission HVDC conventionnels, non seulement pour fournir une régulation de tension dynamique au réseau CA, mais également pour contrôler le flux d'énergie dans le système.
Les systèmes de transmission HVDC basés sur la technologie VSC peuvent offrir un contrôle indépendant de la puissance active et réactive sans défaillance de commutation. La commutation des vannes IGBT dans la transmission HVDC basée sur VSC suit une modulation de largeur d'impulsion (PWM), qui permet au système d'ajuster l'angle de phase et l'amplitude de la tension de sortie CA du convertisseur avec une tension CC constante.
En outre, les systèmes de transmission HVDC basés sur VSC se composent de deux systèmes de contrôle et de protection indépendants, qui comprennent des processeurs de signaux numériques et des microcontrôleurs, et offrent une redondance pour assurer une fiabilité élevée. Ces caractéristiques sont attribuées à l'inclinaison des utilisateurs finaux vers la technologie VSC par rapport à la technologie LCC dans les systèmes de transmission HVDC.
Les systèmes HVDC basés sur VSC gagnent en popularité sur le marché des systèmes de transmission HVDC, avec plus de 55% de la part des revenus du marché. La technologie de transmission basée sur le VSC est arrivée à maturité pour les systèmes de transmission HVDC conventionnels, bien qu'elle soit une option relativement plus coûteuse pour les applications de transmission de plus haute qualité.
Les entreprises leaders sur le marché des systèmes de transmission HVDC stimulent l'adoption de la technologie VSC pour améliorer la fiabilité du transport HVDC dans les projets d'énergie renouvelable mis en œuvre dans le monde entier. Par exemple, Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation - l'un des principaux fabricants japonais de systèmes de production d'électricité - a annoncé l'installation d'une liaison de transmission HVDC basée sur VSC reliant le continent japonais (Honshu) à l'île septentrionale de Hokkaido, en mars 2019. La société a annoncé qu'il s'agissait du premier système HVDC basé sur le VSC au Japon qui assure à tout moment 600 MW de capacité d'interconnexion.
En avril 2019, le groupe ABB - une multinationale suisse-suédoise opérant dans les segments de l'énergie, des équipements électriques lourds et des technologies d'automatisation - a annoncé la création d'une joint-venture avec Hitachi, Ltd. - un conglomérat multinational japonais - pour fournir VSC système de transmission HVSC pour la sous-station Higashi-Shimizu au Japon. La société a annoncé que les systèmes de transmission HVDC basés sur VSC comprendront deux convertisseurs VSC (300000 kW chacun), et Hitachi construira le système, qui comprendra des transformateurs de conversion Hitachi et un convertisseur ABB HVDC avec un système de contrôle et de protection.
Progrès de l'infrastructure Ultra HVDC (UHVDC) pour le transport d'énergie renouvelable
Le développement d'un système de transmission UHVDC est l'une des dernières avancées de la technologie de transmission HVDC, qui permet une transmission de tension continue d'au moins 800 kV; un système de transmission HVDC conventionnel utilise généralement des tensions comprises entre 100 kV et 600 kV. Alors que la nouvelle économie mondiale de l'énergie évolue progressivement vers les réseaux électriques à l'échelle continentale, les systèmes de transport UHVDC sont susceptibles de gagner une importance considérable dans le monde.
Les régions développées sont parmi les marchés les plus favorables pour les systèmes de transport UHVDC, car les pays développés produisent de grandes quantités d'énergie renouvelable. L'Amérique du Nord et l'Europe sont parmi les plus grands marchés pour les systèmes de transmission HVDC, car les organes directeurs de ces régions investissent massivement pour développer les infrastructures HVDC afin d'atteindre leurs objectifs climatiques.
Le Royaume-Uni fait partie des principaux pays européens à avoir mis en place des systèmes de transmission HVDC. Le Royaume-Uni partage des liaisons HVDC avec plusieurs pays voisins, dont la Norvège, l'Irlande, la France et la Hollande. De plus, les États-Unis ont augmenté les investissements dans la production d'énergie propre et l'adoption du transport HVDC augmente à un rythme rapide dans le pays. Le réseau interétatique en constante expansion de systèmes d'autoroutes électriques aux États-Unis fait de l'Amérique du Nord le plus grand marché pour les systèmes de transport HVDC, avec près d'un quart des revenus du marché mondial.
Cependant, un nombre croissant d'économies émergentes affichent une croissance prometteuse dans la production d'énergie renouvelable avec le développement de centrales hydroélectriques et de projets éoliens. Les pays en développement abritent des projets d'énergie solaire et éolienne à grande échelle, et des systèmes de transmission UHVDC sont en cours d'adoption pour répondre à la demande d'électricité toujours croissante dans ces pays.
La Chine est devenue l'un des principaux pays au monde à adopter pour la première fois un système de transmission UHVDC. En 2010, la première ligne de transport UHVDC au monde a été construite par le groupe ABB entre Shanghai et Xiangjiaba en Chine avec une puissance de 6,4 GW et une longueur totale d'environ 1 907 km. En 2017, le pays a investi plus de 400 milliards de yuans (57 milliards de dollars) pour développer au moins 21 nouvelles lignes de transmission UHVDC dans le pays.
General Electric Company (GE) - un conglomérat multinational américain - a commandé la première phase de 1 500 MW du système de transport d'électricité HVDC biphasé à Chhattisgarh, en Inde, en 2017. Power Grid Corporation of India Limited - un service public d'électricité appartenant à l'État indien société - a investi plus de 6 300 crore INR dans le projet. Le ministère de l'Énergie a annoncé que la capacité du projet avait encore été augmentée à 6000 MW avec un investissement de plus de 5200 crore INR, en décembre 2018. GE a annoncé qu'il s'agissait du premier projet UHVDC de la société en Inde ainsi que dans le monde, soit 1287 Autoroute de l'énergie km avec une puissance d'émission allant jusqu'à 3 000 MW.
Avec l'adoption croissante des systèmes de transmission UHVDC dans les économies émergentes, telles que la Chine et l'Inde, la région Asie-Pacifique (à l'exclusion du Japon) émerge comme un marché à forte croissance pour les systèmes de transmission HVDC. Les tendances futures du secteur du transport et de la distribution d'électricité (T&D) sont fortement influencées par la combinaison de sources d'énergie renouvelables.
L'augmentation des investissements dans le secteur T&D renforcera la production d'énergie renouvelable dans les années à venir. Cela déclenchera par conséquent l'adoption mondiale des systèmes de transmission HVDC en tant que solution flexible et économique pour gérer les nouveaux défis de production d'énergie et intégrer les sources renouvelables dans les années à venir.