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Les enjeux technologiques des Super grids

Des tensions toujours plus élevées

La grande majorité des pays, et notamment les pays émergents (Chine, Brésil et Inde) où les distances pour acheminer l’électricité sont particulièrement élevées, cherchent à mettre en place des niveaux de tension plus élevés.

Le transport en courant continu très haute tension (800 kV - CCTHT) s’avèrent plus compétitif que le transport par des liaisons en courant continu haute tension (600 kV – CCHT) sur des distances supérieures à 1000 à 1500 kilomètres avec des puissances de 5000 à 8000 MW. À titre exemple, pour une puissance donnée de 6400 MW sur une distance de 1800 kilomètres, le transport à 800 kV en courant continu se révèle 25 % moins coûteux que le transport à 600 kV en courant continu. Cela s’explique notamment par des pertes en ligne qui sont 50 % plus faibles en augmentant la tension de 600 kV à 800 kV. À puissance comparable, en augmentant la tension, on baisse l’intensité (P=U*I) et donc l’effet joule assimilable à une partie des pertes en ligne.

L’électronique de puissance haute tension

Le transport en courant continu à très haute tension fait émerger de nouvelles contraintes au niveau des composants et de l’électronique de puissance.

Des investissements importants de R&D sont réalisés sur les convertisseurs de tension. En effet la conversion d’un courant continu de très haute tension en un courant alternatif (et inversement) entraîne des coûts importants et des pertes additionnelles. D’un côté, les thyristors [interrupteur électronique semi-conducteur qui peut être commandé à l'allumage mais pas à l'extinction] à base de silicium ont les meilleurs rendements énergétiques mais restent onéreux, de l’autre côté, les transistors bipolaires à grille isolée [IGBT - utilisés comme interrupteurs électroniques] plus récents sont plus simples et plus économiques à utiliser, mais ne supportent pas encore des tensions de l’ordre de 600 kV. C’est sur ces derniers que se concentrent actuellement les efforts de recherche.

En augmentant la tension, c’est également la fiabilité et la sécurité des transformateurs qu’il faut améliorer. Non seulement, la distance rallonge les délais de communication et de maintenance en cas de panne, mais ces autoroutes électriques revêtent également bien souvent un aspect critique puisqu’elles alimenteraient parfois plusieurs millions de foyers sans aucune alternative énergétique de secours.

Des câbles enfouis (souterrains ou sous-marins)

Le développement du Super grid nécessitera également la mise au point de câbles de transport sous-marins ou souterrains très haute tension. D’une part, il faudra relier des zones séparées par la mer (éolien off-shore), d’autre part il faudra obtenir les autorisations des populations locales pour installer de nouvelles lignes de transport. À titre d’exemple, la liaison France-Espagne a vu le jour en 2008 après 20 ans de blocage, grâce au projet d’enfouissement de la ligne, entraînant au passage une multiplication des coûts par dix.

Cependant, enfouir des lignes CCHT/CCTHT sous la terre ou sous la mer pose des contraintes d’isolation fortes. Les câbles CCHT traditionnels enfouis sont isolés à l’aide d’un papier imprégné d’huile et peuvent supporter des tensions de 600 kV et des puissances de 2000 MW. Les nouveaux câbles CCHT enfouis reposent sur des techniques d’isolation synthétique (polymérique). Cette technique d’isolation les rend plus robustes aux conditions subaquatiques de plus en plus extrêmes en termes de pression, d’humidité et de corrosion. Néanmoins ces câbles enfouis de nouvelle génération sont encore limités à des tensions de 300 kV et des puissances de 1000 MW.

Des lignes CCHT/CCTHT multipoints

Aujourd’hui, la majorité des systèmes de transport CCHT sont des lignes « point à point » mais demain la multiplication des raccordements transnationaux et des sources de production électrique décentralisées nécessitera la mise au point de systèmes de transport CCTHT « multipoints » avec des nœuds et différentes stations de conversion le long d’une même ligne. En pointe sur ce sujet, ABB livrera à l’Inde d’ici 2015 le premier réseau de transport 800 kV en courant continu multi-points au monde.

Ces systèmes de transport « multipoints » CCTHT nécessitent notamment des améliorations technologiques autour des coupe-circuits capables d’agir avec de telles tensions. Ceux-ci permettent en effet d’aiguiller le courant au niveau des nœuds. À ce sujet, ABB a déclaré utiliser de tels coupe-circuits dans le cadre du projet des 3 Gorges en Chine.

La supraconductivité pour diminuer les pertes en ligne

La supraconductivité intéresse tout particulièrement les promoteurs du Super grid puisque cette technique offre des solutions aux problèmes de résistance, l’un des enjeux majeurs du transport de l’électricité sur de très longues distances. Le principe de la supraconductivité consiste à véhiculer de l’électricité dans des câbles à très basses températures (refroidis par hydrogène liquide), afin de fortement diminuer leur résistance et donc les pertes en ligne. En outre la supraconductivité permet d’atteindre des densités de puissance beaucoup plus élevées, ce qui pourrait même à terme donner aux câbles supraconducteurs de plusieurs centaines de kilomètres le rôle de batteries géantes ou du moins d’amortisseurs. Au Japon, un groupe de chercheurs de l’université de Chubu a mis au point un nouveau design de câble supra-conducteur capable de stocker 4 mégajoules d’énergie magnétique par kilomètre. Cependant, les tests ne portent encore actuellement que sur une portion de câble de 20 mètres de long.


Cette fiche a été rédigée par Alcimed.

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