La transition énergétique vers les sources d’énergies renouvelables telles que le solaire et l’éolien, bien qu’indispensables pour un avenir durable, pose des défis significatifs pour la stabilité des réseaux électriques. La nature intermittente de ces sources d’énergie peut provoquer des variations importantes de fréquence, menaçant ainsi la continuité et la qualité de l’approvisionnement en électricité.

Dans ce contexte, les bancs de charge jouent un rôle essentiel en simulant des consommations électriques importantes et en aidant à stabiliser le réseau. Quelles sont les causes des variations de fréquence ? Qu’est-ce que l’aFRR ? Comment les bancs de charge contribuent-ils à la stabilité électrique du réseau ?

Maintenir l’équilibre entre la production et la consommation d’énergie

Les sources d’énergie renouvelable sont par nature variables et imprévisibles. En effet, le solaire dépend de l’ensoleillement et des variations de températures, qui fluctuent avec la météo. L’éolien, quant à lui, est tributaire de la vitesse et de la constance du vent. En parallèle, la consommation d’électricité n’est pas constante. Elle varie en fonction de l’heure, des saisons, et des comportements humains et industriels.

Pour garantir la stabilité du réseau, il est primordial que l’offre (la production) et la demande (la consommation d’électricité) soient équilibrées en permanence.

La stabilité électrique dépend de la capacité à maintenir une fréquence constante, ainsi, pour assurer leur bon fonctionnement, les réseaux électriques doivent conserver une fréquence de 50 Hz ou 60 Hz selon les régions du monde. Les variations de fréquence peuvent provoquer des déséquilibres majeurs dans le réseau électrique, augmentant les risques de pannes et de perturbations.

Un écart supérieur à un certain seuil (estimé à +/- 0,2 Hz) peut entraîner une baisse de tension, voire une coupure totale du courant et ainsi endommager les équipements, augmenter les coûts de maintenance et entraîner des interruptions de service.

Les gestionnaires de réseau sont chargés de maintenir cette fréquence stable en utilisant des services d’équilibrage, tels que l’aFRR.

Stabilité électrique et aFFR

Pour corriger rapidement tout écart de fréquence dans les grands réseaux électriques, chaque gestionnaire de réseau de transport maintient une réserve de puissance disponible. Cette réserve est rapidement mobilisée en fonction des besoins pour assurer l’équilibre du réseau.

L’Automatic Frequency Restoration Reserve (aFRR) est une solution automatisée d’équilibrage de la fréquence du réseau électrique, appelée réserve secondaire. Il s’agit d’un mécanisme qui ajuste automatiquement la production et la consommation d’électricité et qui a pour objectif de rétablir rapidement la fréquence du réseau à son niveau normal (50 Hz), après une perturbation.

Pour restaurer la fréquence du réseau, l’aFRR mobilise une combinaison de ressources capables d’ajuster rapidement leur production, dont les bancs de charge. Ces ressources, maintenues en réserve, sont automatiquement activées par le réseau en cas de besoin pour rétablir la fréquence. Une fois la fréquence stabilisée, ces ressources tampon sont désactivées et retournent à leur état de fonctionnement normal.

Fonctionnement des bancs de charge pour la stabilité du réseau électrique

Premièrement, les bancs de charge permettent de tester l’efficacité de l’aFRR en simulant des scénarios de variation de la demande. Grâce à un système de communication déportée, les équipements METAL DEPLOYE RESISTOR adaptent la charge (à la hausse ou à la baisse) en fonction de la consigne reçue par le système SCADA de l’installation. Cela aide à assurer que les systèmes de régulation peuvent réagir adéquatement en cas de déséquilibre réel.

Deuxièmement, dans les réseaux avec une forte composante d’énergies renouvelables, l’offre (et donc la quantité d’électricité disponible sur le réseau à un instant T) peut dépasser la demande. Il est donc primordial d’avoir un mécanisme d’offre et de demande intelligent. Les bancs de charge entrent en action lorsqu’une quantité de courant excessive circule sur le réseau. Ils vont simuler une charge électrique (semblable à celle d’une ville ou d’une usine) et consommer le surplus disponible afin de revenir à un équilibre entre l’offre et la demande. Une fois le réseau stabilisé de nouveau, le banc de charge se coupe, en attendant le prochain pic.

En utilisant des bancs de charge, il est possible de gérer efficacement les surplus d’énergie, réduisant ainsi les variations de fréquence. Ils jouent un rôle critique dans la prévention des pannes et des perturbations, en assurant que l’énergie excédentaire est utilisée de manière contrôlée et sécurisée.

Les bancs de charge de Métal Déployé Resistor sont particulièrement adaptés aux applications dans les parcs éoliens, les installations solaires, et les environnements industriels où la stabilité du réseau est essentielle. Leur robustesse, leur résistance à la corrosion et leur fiabilité technique en font un choix privilégié pour les intégrateurs et les producteurs d’énergie renouvelable qui cherchent à assurer la continuité et l’efficacité de leur production électrique.

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Une expertise pointue nécessaire pour fabriquer des résistances pour les énergies renouvelables (EnR)

Les résistances notamment pour l’éolien sont un marché de niche. Il est nécessaire d’avoir une forte expérience ainsi qu’une expertise technique poussée. Les enjeux en termes de sécurité et de continuité de service sont forts et même critiques pour les clients. La moindre panne ou erreur peut conduire à des conséquences désastreuses et les coûts se comptent en dizaines de milliers d’euros.

Adopter une stratégie de co-construction pour choisir la résistance adéquate

Chez METAL DEPLOYE RESISTOR, il est dans l’ADN de l’entreprise de concevoir une résistance en fonction des besoins du client. La mission va donc être de récolter un maximum d’informations avant de pouvoir faire une proposition ou de penser à la conception. Dès la réception du cahier des charges, les équipes de METAL DEPLOYE RESISTOR ont pour mission de comprendre les besoins et contraintes du client.
Ils vont alors interroger celui-ci afin de pouvoir par la suite lui proposer la solution la plus adaptée. Un réel travail amont est donc réalisé entre les deux parties qui sont presque amenées à co-concevoir la solution finale.

Analyser le contexte terrain pour développer une solution technique optimale

Dans le milieu éolien par exemple, que l’on soit sur une plateforme offshore ou onshore, l’empreinte au sol est un enjeu majeur. Chaque équipement doit être conçu et optimisé dans cette optique : être compact tout en apportant une efficacité inébranlable et une résistance aux conditions environnementales. L’aspect budgétaire va également être un des paramètres à prendre en compte dans le choix de la solution finale. Tous ces aspects sont discutés avec le client pour opter pour la meilleure solution possible.

Profiter des avantages de la standardisation doublés de ceux du sur mesure

METAL DEPLOYE RESISTOR dispose de résistances semi-standardisées. Les résistances suivent toutes un cahier des charges très strict et sont capables de résister à des environnements sévères : vent, corrosion (C5), sismique (2g)… Les résistances METAL DEPLOYE RESISTOR sont capables aujourd’hui de supporter un vent allant jusqu’à 260 Km/h. La semi-standardisation permet aussi de réaliser des économies d’échelle en termes de coûts de production. Il est également possible d’opter pour des solutions sur mesure : en fonction des besoins du client, les résistances seront personnalisées pour répondre aux conditions d’environnement, contraintes techniques et budgétaires.

Cette standardisation et personnalisation offrent un double avantage : des produits bénéficiant d’une base très qualitative et une totale adaptation du produit final.

Faire évoluer l’entreprise pour offrir des solutions adaptées

Afin de proposer aux clients des solutions toujours plus robustes et adaptées aux conditions d’usage réelles, METAL DEPLOYE RESISTOR a fait évoluer son bureau d’études ces dernières années avec le recrutement notamment d’experts et le recours à des formations afin de pouvoir utiliser des outils de modélisation 3D.

Ces logiciels permettent ainsi de vérifier la fiabilité des résistances en simulant divers scénarios pour tester au mieux les produits. Si la simulation contient des paramètres avancés et complexes, METAL DEPLOYE RESISTOR fait aussi appel à des partenaires spécialisés dans le domaine des études, pour avoir des simulations prenant en compte tous les critères.

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Le marché des énergies renouvelables est en pleine explosion et s’inscrit comme un enjeu majeur dans la lutte contre le dérèglement climatique. Hausse du coût de l’électricité, lutte contre le dérèglement climatique, évolution des technologies… : les facteurs favorisant les énergies renouvelables (EnR) sont nombreux et boostent leur croissance. Au niveau mondial, les capacités de production d’énergie renouvelable ont augmenté de 45% depuis 2019. L’Union européenne vise de son côté à atteindre 42,5% d’énergies renouvelables d’ici 2030*. L’éolien est un marché extrêmement dynamique qui compte une hausse de ses capacités de +90% depuis 2020**.

En revanche, ce sont des installations aux caractéristiques particulières : contraintes liées à la salinité en milieu offshore, sollicitation mécanique importante due au vent, etc.

Dans ce contexte, quelles sont les spécificités à prendre en compte pour des résistances adaptées à l’éolien ? Quel rôle jouent les résistances ?

Éolien offshore : un marché en pleine expansion avec de nombreuses possibilités

La transition énergétique implique des développements industriels, toute la chaîne de valeur est donc mise à contribution, y compris METAL DEPLOYE RESISTOR.

Parmi les EnR, l’éolien en mer se développe notamment à grande vitesse. Ces installations présentent en effet de nombreux avantages en comparaison au milieu terrestre, notamment par des vents plus forts. Les éoliennes sont habituellement postées proches des côtes (moins de 20km), mais on assiste à des avancées technologiques sur le déploiement de parcs offshore plus éloignés en mer. L’objectif : plus de puissance pour plus d’électricité générée.

En 2020, la Commission européenne a d’ailleurs entrepris un plan pour le développement de l’éolien en mer avec un objectif de 300 GW d’ici 2050***, qui comptait fin 2022 seulement 30 GW. Afin d’atteindre cet objectif ambitieux, de plus en plus de pays européens s’impliquent et s’associent pour créer de grands parcs éoliens.

La croissance sur l’ensemble de ces marchés pose cependant la question de savoir si les matières premières et les capacités de production vont pouvoir suivre la forte demande. Chez METAL DEPLOYE RESISTOR, des mesures ont en tout cas déjà été mises en place pour se préparer à cette demande croissante avec notamment l’ouverture d’une nouvelle usine de plus de 3 200 m² à proximité de Lyon qui sera opérationnelle dès la fin 2023.

Les spécificités des résistances pour l’éolien

De par sa nature, le milieu marin (plateforme éolienne offshore ou onshore) est confronté à des conditions environnementales difficiles : vent, sel, humidité, sismicité… Ce mélange d’éléments peut créer un milieu très corrosif, hostile pour les matériaux, généralement caractérisé d’environnement C5 ou CX.

Les résistances doivent donc être capables d’assurer une qualité et fiabilité sans équivoque afin de résister aux conditions climatiques. METAL DEPLOYE RESISTOR a investi de nombreux moyens et innové au fil des années pour garantir aujourd’hui des résistances à l’épreuve de la corrosion et limiter au maximum l’apparition de rouille.

METAL DEPLOYE RESISTOR a développé un système de finition adapté à différentes catégories d’environnements corrosifs pour ses produits, allant de l’acier de base aux résistances presque entièrement en acier inoxydable. Afin de qualifier ce système de finition, des tests accélérés en environnement salin ont été réalisés.

De plus, pour prévenir toute contamination extérieure des composants des résistances, METAL DEPLOYE RESISTOR a mis en place plusieurs mesures opérationnelles. Cela inclut l’utilisation de machines spécifiques pour l’acier inoxydable, l’application de films protecteurs sur toutes les surfaces externes, ainsi que la création de zones d’assemblage dédiées pour l’acier inoxydable.

Grâce à une qualité supérieure de produits et de la prise en compte du milieu d’installation, de multiples acteurs principaux sur le marché des énergies renouvelables font confiance à METAL DEPLOYE RESISTOR, tels que Hitachi Energy, General Electrics, Siemens Energy, TenneT, etc.

Le rôle des résistances pour les énergies renouvelables

Afin de garantir une transmission efficace sur de longues distances et d’intégrer l’énergie éolienne offshore dans le réseau électrique, l’installation de stations HVDC est impérative. Étant donné que les énergies renouvelables sont caractérisées par leur variabilité et intermittence, il devient essentiel de maintenir la stabilité du réseau en régulant des paramètres tels que la tension et en contrôlant les flux de puissance directement au sein du réseau électrique.

Pour ce faire, des systèmes FACTS sont déployés par les acteurs du transport et de la distribution d’énergie. De plus, l’emploi de résistances de puissance est indispensable pour le bon fonctionnement de ces deux types d’installations. Ces résistances jouent un rôle polyvalent en permettant de contrôler et d’ajuster le flux de puissance, tout en assurant la protection des composants contre les surcharges et les courts-circuits.

Petit récapitulatif technique ci-dessous ⬇️

Bien entendu, nos chargés de projet et notre bureau d’étude se tiennent à votre disposition pour tout complément d’information.

Récapitulatif technique

Systèmes HVDC / HVAC

Les systèmes HVDC (High Voltage Direct Current) permettent l’interconnexion de réseaux électriques distincts, que ce soit à l’échelle nationale ou internationale. Ils facilitent les échanges d’électricité entre les pays ou les régions, renforçant ainsi la fiabilité et la sécurité de l’approvisionnement en énergie.

Les énergies renouvelables offshore sont souvent installées loin des côtes et nécessitent ce type d’installation. Dans les systèmes HVDC classique ou VSC, l’utilisation de résistances de puissance est nécessaire.

Lorsque la ferme éolienne est proche et reliée directement au réseau local, les systèmes HVAC (High Voltage Alternating Current) sont privilégiés, ils sont utilisés pour la transmission de l’électricité en courant alternatif (AC) à haute tension.

Systèmes FACTS

L’objectif des systèmes FACTS (Flexible AC Transmission Systems) dans le secteur de l’électricité est d’améliorer le contrôle et la flexibilité des systèmes de transmission d’énergie en courant alternatif (AC). Les technologies FACTS sont conçues pour améliorer l’efficacité, la stabilité et la fiabilité des réseaux électriques, en optimisant l’utilisation de l’infrastructure de transmission existante.

Dans tous ces systèmes, une multitude de résistances de puissance sont utilisées :

• Les résistances de pré-insertion (PIR)
• Les résistances DC Chopper
• Les résistances de charge/décharge
• Les résistances d’amortissement
• Les résistances de filtrage AC / DC

Sources
*Union européenne : un objectif de 42,5% d’énergies renouvelables en 2030. Direction de l’information légale et administrative.
**IEA (2021). Renewable Energy Market Update 2021.
***Éolien en mer : neuf pays européens s’engagent à décupler leurs capacités en mer du Nord. Actu-environnement.com.