Brevet FR2879038A1 — publié le 20060609

Titre: Procédé de raccordement d'une unité de production électrique d'origine éolienne. La présente invention a pour objet un procédé de raccordement d'une unité de production électrique d'origine éolienne. Le secteur technique de l'invention est le domaine de la distribution de l'énergie électrique produite par des installations de parcs d'unités de production éolienne. Le marché de l'éolien est le marché des énergies renouvelables qui a connu la plus grande progression au cours des cinq dernières années avec une croissance annuelle supérieure à 20 % et principalement concentré sur le marché européen (30 à 40 % de croissance annuelle) : dans le monde la puissance éolienne atteint en 2004 plus de 39 gigawatts (dont plus de 28 installés en Europe) dont près de 8 gigawatts ont été installés en 2003 (dont 5,6 pour ce concerne l'Europe). Si la France possède le deuxième gisement potentiel éolien européen derrière le Royaume-Uni (alors que le marché est largement dominé par l'Allemagne avec près de 15 gigawatts installés), son développement est resté à la traîne de l'Union Européenne avec un cumul de seulement 253 megawatts à ce jour. Cependant, 2003 a marqué une inflexion puisque le rythme des installations à augmenter de 65 % mais reste encore très concentré dans la région Languedoc-Roussillon. Par contre, l'autre région au sud de la France, qui se situe au c ur du gisement éolien le plus important français et qui est la région Provence-Alpes-Côte d'Azur, est peu équipée alors qu'elle est confrontée à un faible taux de couverture énergétique (14%) ; le déficit entre la production et la consommation d'énergie électrique y est très important, puisque de l'ordre de 1 à 2, et cet écart risque de s'accroître si rien n'est fait, du fait en particulier de la très forte pression démographique (20 % d'augmentation prévue d'ici 2020) ; ce problème est encore plus prononcé dans les Alpes maritimes dont l'alimentation électrique est qualifiée de non-sécurisée en cas de coupure d'une source principale d'alimentation. Dans ce contexte, il existe une réelle opportunité pour inciter au développement de nouvelles de production d'énergie et notamment de l'éolien, en particulier, dans le sud-est de la France. De plus, à ce jour, la production d'électricité en France est assurée par un parc réduit de centrales nucléaires de puissance importante, dont la production est distribuée dans la France entière par un réseau unique de transport de très haute tension, hautement sécurisée, et constituant une véritable toile d'araignée sur l'ensemble du territoire: de ce fait, le gestionnaire de ce réseau de part ses obligations nationales et son monopole, interdit toute perturbation de ce réseau par des tiers, ce qui génère des contraintes importantes de raccordement. Ainsi, à ce jour, les connexions des parcs d'unités de production de type éolienne ne se font en France et en Allemagne que sur des réseaux basse tension (soit 20 kvolts alors que la très haute tension, dite T.H.T. , est au moins de 150 kvolts et même 225 kvolts en France) et qui sont en fait des réseaux régionaux alimentés par le réseau national T.H.T. : de tels réseaux étant implantés dans les zones de consommation électrique alors que les unités éoliennes sont plutôt en dehors de ces zones de consommation qui sont en général urbanisées et moins ventées; leurs raccordements nécessitent de réaliser une liaison (souvent nécessairement souterraine) entre le site de production éolienne et le poste dit source existant de 20 kvolts le plus proche, créant des pertes en ligne et des coûts d'infrastructure importants car la distance moyenne à parcourir est entre cinq et quinze kilomètres. Il existe, par ailleurs, des raccordements sur le réseau de transport T.H.T., mais il s'agit de raccordements des réseaux de distribution comme ceux de 20 kvolts évoqués ci-dessus et qui comprennent un passage en boucle par dérivation de la ligne principale afin de constituer deux travées de protection des extrémités ainsi détournées de la ligne et entre lesquelles peut être raccordé le réseau secondaire basse tension; chaque travée de protection comprend un sectionneur mécanique, ainsi que des dispositifs de disjoncteurs télécommandés à distance, qui sont très volumineux, avec des systèmes de mesure et de contrôle, l'ensemble constituant une installation assez importante, coûteuse et prenant beaucoup de place, nécessitant de créer une grande station au sol dans laquelle est déviée la boucle de dérivation de la ligne T.H.T.. Cette station, qui est donc hautement sécurisée, permet de tronçonner la ligne d'alimentation du réseau T.H.T. d'alimentation générale, de faciliter la recherche et les éventuels défauts et d'isoler automatiquement, par les disjoncteurs, les tronçons de ligne en défaut: on ne perd pas alors l'intégrité de la ligne car on peut continuer d'alimenter les réseaux de distribution secondaire basse tension et donc les clients par les parties de ligne qui ne sont pas en défaut. Les coûts et les contraintes publiques de tels raccordements dissuadent cependant de raccorder des clients isolés ou des unités de production électrique indépendante de type éolien, objet de la présente invention. Le problème posé est ainsi de pouvoir raccorder des unités de production électrique d'origine éolienne à un réseau de distribution électrique comme celui T.H.T. existant en France, en réduisant les contraintes techniques, l'emprise au sol, les modifications des lignes du réseau existant, et en voie de conséquence, le coût, tout en permettant d'apporter un complément d'énergie électrique disponible, non seulement à l'ensemble du réseau, mais également dans les zones géographiques à faible taux de couverture énergétique et ayant ainsi le plus de risques d'être privées de courant en cas de problème même intervenant en dehors de ces zones. Une solution au problème posé est un procédé de raccordement d'une unité de production électrique d'origine éolienne à un réseau de distribution électrique tel que: - on produit sur un site donné choisi une énergie électrique d'au moins 12 megawatts par les génératrices de courant entraînées par les éoliennes de ladite unité de production, - on transforme la tension du courant ainsi produit en la montant à une tension d'alimentation d'au moins 150 kvolts et correspondant à celle du réseau T.H.T. de distribution électrique préexistante dans la région où se trouve le site choisi, - on raccorde directement la ligne de sortie de courant ainsi transformée à la ligne T.H.T. la plus proche du site donné et faisant partie dudit réseau de distribution préexistant, et on dispose sur cette ligne de sortie de courant, avant ce raccordement, au moins un sectionneur de courant mécanique de protection, un système de mesure de ce courant et un disjoncteur de sécurité. Dans un mode préférentiel de réalisation, on raccorde ladite ligne de sortie de courant d'alimentation à la ligne T.H.T. entre au plus deux systèmes de sectionnement mécanique de courant placés sur cette ligne T.H. T., et en cas de problème sur une des branches de la ligne T.H.T. située de part et d'autre du point de raccordement, on ouvre le sectionnement mécanique situé entre le raccordement et cette branche défaillante, et on maintient l'alimentation de l'autre branche en particulier et surtout si celle est en bout de réseau, grâce à l'unité de production électrique d'origine éolienne. Le résultat est un nouveau procédé de raccordement d'une unité de production électrique d'origine éolienne à un réseau de distribution électrique T.H.T. existant et dont les lignes traversent déjà de nombreux sites susceptibles de recevoir des unités de production éolienne, et qui sont par contre très éloignés de postes sources préexistant de raccordement des réseaux basse tension ce qui permet de répondre à la double contrainte de rentabilité économique et d'intérêt de connexion au réseau. Un élément supplémentaire d'intérêt d'un tel procédé de raccordement selon l'invention est la compacité des équipements minimum nécessaires et qui peuvent être installés directement sur les pylônes existants supportant les lignes T.H.T. ce qui réduit l'impact sur l'environnement et réduit d'autant plus le coût de raccordement et d'installation. A titre de comparaison, un raccordement du type de ceux évoqués précédemment à une ligne T.H.T. pour alimenter un réseau de distribution à basse tension, ou un raccordement à un poste source existant à basse tension mais distant de cinq à quinze kilomètres du site de production représente respectivement des budgets de l'ordre de trois et deux fois supérieurs à celui d'un raccordement suivant la présente invention. Celui-ci autorise de plus une grande souplesse d'installation et donne accès à des sites isolés. En effet, une retombée fondamentale de la présente innovation réside dans l'établissement de politique de développement durable du territoire en permettant d'apporter des ressources salvatrices dans des régions déshéritées et de maintenir un ancrage social durable. En effet, la plupart des sites, offrant la possibilité d'y installer un parc d'unités de production éolienne avec un rendement efficace (car suffisamment ventés) correspondent à des régions souffrant d'un déficit chronique de ressources propres, compromettant la capacité de développement économique, si ce n'est le maintien de celui existant. Dans ces conditions, l'implantation de parcs éoliens représente une opportunité majeure conduisant, entre autres, à plus que doubler les ressources des collectivités locales. La solution ouverte par la présente invention est applicable ainsi aux sites traversés déjà par une ligne T.H.T, offrant de préférence, la possibilité d'installer entre quatre à six parcs de douze megawatts éolien et pour lesquels: - soit le poste source préxistant le plus proche et disponible pour permettre, suivant les procédés connus à ce jour, un raccordement au réseau basse tension est au-delà de dix kilomètres, et soit il faudrait créer une raccordement suivant la solution utilisée et imposée à ce jour pour raccorder des réseaux d'utilisateurs en basse tension avec double travée de haute protection. Ces deux solutions rendant le projet économiquement risqué et donc impossible. La présente invention se positionne donc en solution alternative à celles imposées par le gestionnaire de réseau jusqu'à ce jour, en particulier en France, et qui constituaient un préjugé bloquant toute autre solution, préjugé qui est donc vaincu par la présente invention, qui se place résolument sous l'angle du raccordement d'unité de production et non d'un sous- réseau de distribution pour utilisateurs: l'inventeur a dû analyser les responsabilités engagées dans les différentes solutions, déterminer et prouver qu'elles étaient différentes, en convaincre les intervenants qui doivent donner leur aval et/ou participer dans un tel projet, et imaginer une solution différente, plus simple, car supprimant de nombreux composants et mise en uvre lourde, encombrante et coûteuse mais tout aussi sécurisante pour le gestionnaire du réseau et ses clients. En effet, l'existence dans une solution préférentielle, telle qu'énoncée précédemment et décrite ci-après, de deux systèmes de sectionnement mécanique de courant placés de part et d'autre du point de raccordement préserve les garanties de la solution utilisée à ce jour pour des raccordements au réseau T.H.T. (tronçonnage de la ligne permettant d'isoler d'éventuels tronçons en défaut tout en maintenant l'alimentation de l'autre tronçon par l'unité de production raccordée) sans besoin de créer une grande boucle de dérivation et disposer sur celle-ci des équipements de surveillance, de contrôle, de commandes, de coupures à distance et de protections. Du fait de la simplicité du procédé selon l'invention, les équipements à rajouter sur la ligne T.H.T. et seulement nécessaires même dans la solution préférentielle ci-dessus, peuvent être installés sur un pylône existant, sans donc créer de grandes boucles de dérivation, et minimisant ainsi l'impact au sol à la seule sous-station de raccordement qui peut être implanté à l'aplomb du pylône: l'impact environnemental et le budget alloué à un tel raccordement, comme évoqué précédemment, sont ainsi réduits substantiellement, alors que les solutions actuelles étant trop coûteuses, dissuadaient beaucoup d'utilisateurs et de producteurs d'investir pour se raccorder soit directement à la T.H.T., soit aux réseaux basse tension. Du reste, les seuls demandes de brevet déposées dans le domaine des raccordements de lignes électriques portent sur des équipements permettant de réaliser lesdites sous-stations telles que la demande de brevet FR 2 820 920 du 09 février 2001 décrivant un système pour protéger et commander des composants de circuit principal de sous- stations , ou la demande de brevet EP 0 360 592 du 20 septembre 1989, concernant un appareil pour détecter un défaut sur une ligne aérienne de transmission d'énergie supportée par des pylônes de transmission ou encore la demande de brevet EP 0 543 682 du 20 novembre 1981 décrivant un disjoncteur auto-sectionneur et ses applications aux cellules et aux postes des sous-stations préfabriquées . L'ensemble des opérateurs fabricants et/ou intervenants dans ce domaine ont ainsi cherchés uniquement à améliorer les sécurités et les équipements des systèmes existants sans étudier ni proposer d'autres solutions de procédé de raccordement simplifié, tant le préjugé qu'il n'était pas possible de trouver d'autres solutions était important. Le procédé selon l'invention constitue en fait une simplification des dispositifs de raccordement, qui peut être acceptable par un gestionnaire du réseau haute tension puisque il a pu être défini, entre autres, ce qui n'était pas évident, que dans le cas d'une connexion d'une unité de production, les responsabilités et les problèmes consécutifs à une défaillance ne sont pas de même nature que lorsqu'il s'agit d'alimenter un réseau d'utilisateurs. On pourrait citer d'autres avantages à la présente invention, mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en prouver la nouveauté et l'intérêt. La description et les dessins ci-après représentent un exemple de réalisation de l'invention mais n'ont aucun caractère limitatif: d'autres réalisation sont possibles, dans le cadre de la portée de l'étendue de l'invention, en particulier, pour adapter le procédé et le dispositif pour le mettre en oeuvre à d'autres pays que la France qui est prise ici en exemple. La figure 1 est un exemple de dispositif de raccordement suivant le procédé de l'invention. La figure 2 est une vue schématique de la mise en oeuvre et de l'installation d'un dispositif de raccordement suivant la figure 1. La figure 3 est un schéma électrique d'un deuxième exemple de dispositif de raccordement suivant le procédé de la présente invention. Sur l'ensemble de ces figures, il n'est pas représenté la ou les unités ou parcs de production 1 proprement dits constituées par les éoliennes, les génératrices de courant qu'elles entraînent et les premiers transformateurs de base avec tout leur équipement associé, dont les sorties électriques 3 alimentent les dispositifs de raccordement représentés appelés également sous-stations. Ces dispositifs comprennent des équipements auxiliaires et de sécurité 131 raccordés à la sortie 3 électrique desdites unité de productions, disposées en amont de ce dispositif de raccordement; ces équipements auxiliaires de sécurité 131 comprenant des dispositifs parafoudre 141. La tension du courant ainsi fourni par les unités de production 1 et qui est en général portée par leurs propres transformateurs à une tension de 20 kvolts, est transformée par le ou les transformateur(s) 4 de la sous-station, qui la montent à une tension d'alimentation d'au moins 150 kvolts et même 225 kvolts, qui correspond à celle du réseau T.H. T. français de distribution électrique qui couvre toutes les régions dont celle où se trouve le site français choisi. A la sortie du transformateur de 20 kvolts/150 kvolts au moins, sont disposés d'autres équipements auxiliaires et de sécurité 132 et 142 ainsi que des systèmes de mesure du courant 93,92: ceux-ci sont placés de part et d'autre d'un disjoncteur 10 de coupure automatique de courant en cas de détection d'anomalies par lesdits systèmes de mesure. Le contrôle en permanence desdits systèmes de mesure de la sortie d'alimentation 7 du courant vers le réseau T.H.T. 2 et de la commande du disjoncteur 10 peut être effectué par le gestionnaire du réseau 2 de la ligne T.H.T. 6 auquel est raccordée la sous-station et donc la ou les unité(s) de production électrique d'origine éolienne 1: en cas de problème, on coupe ainsi immédiatement cette alimentation de la ligne 7 de raccordement vers le réseau de distribution T.H.T. par le disjoncteur 10 Après ce disjoncteur 10 et ses systèmes de mesure 93, un sectionneur mécanique 8, disposé en série et suivi éventuellement d'autres systèmes de mesure 91 additionnels de courant et d'équipements auxiliaires et de sécurités, tel qu'un parafoudre 143, permet de couper visuellement et physiquement la ligne 7 de raccordement au réseau de distribution T.H.T. et constitue une sécurité supplémentaire si nécessaire: ainsi, en cas de problème nécessitant d'isoler l'unité de production (1), d'une manière franche et visuelle, on ouvre le sectionneur mécanique (8). Le raccordement 5 proprement dit de la ligne de sortie de courant 7 en provenance de l'unité de production éolienne 1 se fait ensuite directement à la ligne 6 T.H.T. Suivant le mode de réalisation à la figure 3, ce raccordement de la ligne 7 de sortie de courant d'alimentation à la ligne 6 T.H.T. est encadré par deux systèmes 15 de sectionnement mécanique de courant 151, 152 placés sur la ligne T.H.T. 6. : ses systèmes peuvent être manoeuvrés manuellement, comme le sectionneur mécanique 8 précédent, mais également si le gestionnaire de réseau 2 souhaite gérer à distance ces différents tronçons de ligne, ces sectionneurs peuvent être équipés de commandes électriques, permettant de faciliter la recherche d'éventuels défauts et d'isoler les tronçons de ligne en défaut très rapidement. Suivant la présentation schématique de la figure 2, l'ensemble des dispositifs et d'équipement de la sous- station décrits précédemment peuvent être disposés sur une plate-forme support 12 réalisée directement à même le sol et à proximité du site choisi pour installer une ou des unité(s) de production éolienne 1, et protégée par une enceinte 17 de type grillage anti-intrusion, au pied du portique pylône 11 support de la ligne 6; le raccordement 5 pouvant avoir lieu à côté de ce pylône, si celui-ci se fait hors d'un passage en boucle comme représenté sur la figure 1. Si par contre, ce raccordement se fait dans un passage en boucle tel que suivant la figure 3, avec deux travées de protection des extrémités 61,62 de la ligne 6, le raccordement 5 peut avoir lieu sur la boucle 16 déjà existante, et les deux sectionneurs 15 avec leur équipement auxiliaire associé, étant de dimensions assez réduites, peuvent être simplement installés sur une charpente dédiée fixée directement sur ledit pylône 11. Dans un mode préférentiel de réalisation: -on installe à proximité ou sur le site donné, sur lequel est installée la ou les unité(s) de production à éolienne 1, des équipements de relevés et de données météorologiques, à partir desquelles on estime la vitesse prévisionnelle du vent pour au moins les trois heures postérieures au moment où l'on effectue lesdits relevés météorologiques, -on en déduit la production électrique estimée prévisionnelle, susceptible d'être produite pendant ces au moins trois heures par l'unité ou les unités de production éolienne 1 -on informe le gestionnaire du réseau de distribution électrique 2. REVENDICATIONS 1. Procédé de raccordement d'une unité de production électrique d'origine éolienne (1) à un réseau de distribution électrique (2) caractérisé en ce que: - on produit sur un site donné choisi une énergie électrique d'au moins douze megawatts par les génératrices de courant entraînées par des éoliennes de ladite unité de production (1) - on transforme (4) la tension du courant ainsi produit en la montant à tension d'alimentation d'au moins 150 kvolts et correspondant à celle du réseau T.H.T. de distribution électrique préexistant dans la région où se trouve le site choisi - on raccorde (5) directement la ligne de sortie de courant (7) ainsi transformé à la ligne T.H.T. (6) la plus proche du site donné et faisant partie dudit réseau de distribution préexistant, de courant, et on dispose sur la ligne de sortie (7) avant ce raccordement (5) au moins un sectionneur de courant (8) mécanique de protection, un système de mesure (9) de courant et un disjoncteur (10) de sécurité. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on contrôle (9) en permanence la sortie 7 d'alimentation du courant vers le réseau T.H.T. et en cas de problème on coupe immédiatement cette alimentation par le disjoncteur (10). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'en cas de problème nécessitant d'isoler l'unité de production (1), on ouvre le sectionneur mécanique (8). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on raccorde ladite ligne (7) de sortie de courant d'alimentation à la ligne (6) T.H.T. entre au plus deux systèmes (15) de sectionnement mécanique de courant placés sur cette ligne T.H.T. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'en cas de problème sur une des branches (61) de la ligne T.H.T. (6) de distribution de courant et situées de part et d'autre du raccordement 5, on ouvre le sectionnement mécanique (15) situé entre ce raccordement (5) et cette branche défaillante (61) et on maintient l'alimentation de l'autre branche (62) par l'unité de production (1) 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que: - l'on installe à proximité ou sur le site donné, des équipements de relevés ou des données météorologiques à partir desquelles on estime la vitesse prévisionnelle du vent pour les au moins trois heures postérieures audit moment où l'on effectue lesdits relevés météorologiques, - on en déduit la production électrique estimée prévisionnelle, susceptible d'être produite pendant ces au moins trois heures par l'unité de production à éolienne (1) et, on en informe les gestionnaires du réseau de distribution électrique (2).