INTRODUCTION :
L'énergie électrique provient d’une
transformation d'énergie mécanique,
magnétique, chimique ou lumineuse. Cette source d’énergie peut se
présenter sous forme d’une source de tension continue ou alternative. L’unité d’une
tension électrique est le Volt (V).
1.
Topologie du reseau electrique :
Le système
électrique comprend des sites de production (centrales nucléaires, thermiques,
hydrauliques, ou production décentralisée : éoliennes, petite hydraulique,
cogénération, etc.), et des lieux de consommation (communes, entreprises,
etc.), reliés par le réseau électrique (transport et distribution). Ce dernier
a pour rôle d’acheminer l’énergie vers les lieux de consommation, avec des
étapes d’élévation et de baisse du niveau de tension dans des postes de
transformation. La tension à la sortie des grandes centrales est portée à 400
000 volts pour limiter les pertes d’énergie sous forme de chaleur dans les
câbles ; ce sont les pertes par « effet Joule ».
Ensuite, la
tension est progressivement réduite au plus près de la consommation, pour
arriver aux différents niveaux de tension auxquels sont raccordés les
consommateurs (400 000 volts, 225 000 volts, 90 000 volts, 63 000 volts,
20 000 volts, 400 volts ou 230 volts suivant leurs besoins en puissance).
L'ONE (Office National d’Electricité) assure cette
fourniture par l'exploitation directe d'unités de production ainsi que par les
ouvrages qu'il a confiés à des opérateurs privés dans le cadre de contrats de
production concessionnel.
En terme de
production le réseau national a pour mission de :
- assurer une gestion optimale du parc de production ;
- veiller à la satisfaction de la demande en énergie électrique exprimée par le Dispatching National, et ceci dans les meilleures conditions de sécurité, de rendement, de disponibilité et de coût.
Le parc
national de production est composé de moyens de production thermique,
hydraulique et éolienne.
A la fin
2005, ce parc se compose comme suit :
|
Puissance installée en MW
|
26
usines hydrauliques
|
1 265
|
Station
Pompage et turbinage d’Afourer*
|
464
|
5
centrales thermiques vapeur
|
2 385
|
charbon
|
1785
|
Fioul
|
600
|
6
centrales turbines à gaz
|
615
|
Cycle
combiné de TAHADDART
|
400
|
Thermique
diesel
|
69
|
Total
Thermique
|
3 469
|
Eolien
(dont 50 MW de la CED*)
|
53,9
|
Total
ONE
|
5 252
|
*
région d’errachidia.
**
Comité européenne de distribution.
NOTA : Le Watt (W) est l’unité de la puissance. Une source
de puissance 1kW peut alimenter, en même temps, dix ampoules de 100W chacune
.
Le graphique suivant
représente la satisfaction en énergie électrique du client marocain. Une
part de cette consommation est assurée par les centrales de production
hydraulique, une autre par les centrales de production thermique, une autre par
les techniques nouvelles (éoliens, solaires, etc.) ; le reste de la demande est
importé de l’Union Européen.
2.
Types de centrale :
2.1. Définitions générales :
2.1.1. Turbine :
C'est un moteur rotatif qui
convertit l’énergie d’un courant d’eau, de vapeur ou de gaz en énergie
mécanique. Dans le domaine de la production on peut donner à titre
d’exemple :
Turbine pelton
|
Turbine à vapeur
|
|
|
2.1.2. alternateur :
C’est l’organe qui
transforme l’énergie de la rotation en une énergie électrique :
L'alternateur fournit une ligne
trifilaire (signal triphasé) dont les tensions sont des sinusoïdes déphasées de
120° et dont la valeur efficace est de 20kV.
La fréquence des tensions est de
50Hz ; cette fréquence (f) est fixée par la vitesse de rotation de la turbine
(n) et le nombre des pôles (P) de l’alternateur selon la relation :
f = p x n.
Avec :
·
f en Hz (Hertz)
·
n en trs/s (tours/seconde)
Exemple : n=1500tr/min et p= 2 donc f = 50Hz.
V1(t) = V.√2.sin(2pft)
V2(t) = V.√2.sin(2pf t - 2p/3)
V3(t) = V.√2.sin(2pf t - 4p/3)
Avec V = 20kV
|
|
2.2. Energie d’origine
hydraulique :
Dans
ce type de centrale la puissance de l’eau (énergie potentielle) est exploitée
pour entraîner des turbines couplées à des alternateurs. On distingue :
§
Les centrales de haute chute : La hauteur de chute
est supérieure à 200m.
§
Les centrales de moyenne chute : La hauteur de chute
est comprise entre 30m et 200m.
§
Les centrales de basse chute : La hauteur de chute
est inférieure à 30m.
§
Les usines de pompage/turbinage : Les stations de
transfert d'énergie par pompage fonctionnent sur le principe du recyclage de
l'eau par pompage :
§
Turbinage
: l'alternateur produit de
l'énergie électrique.
§
Pompage
: la pompe consomme de l'énergie
pour remonter l'eau d'un bassin inférieur à un bassin supérieur.
§
Les stations marémotrices : qui exploitent la
force de la marré pour entraîner les turbines.
2.3. Energie d’origine
thermique :
Dans ce type de centrale, la chaleur produite par
la combustion d’un combustible (charbon, fuel , etc.), produit l’évaporation de
l’eau. Cette vapeur sous pression permet d’entraîner une turbine à vapeur en
rotation :
2.4. Energie d’origine
nucléaire :
Une
centrale nucléaire est une centrale thermique qui utilise l'énergie fournie par
un réacteur nucléaire. Ce réacteur produit une grande quantité de chaleur qui
est captée par de l'eau sous pression circulant dans le circuit primaire
(circuit fermé).
Par
l'intermédiaire du générateur de vapeur, l'eau sous pression du circuit
primaire communique sa chaleur à l'eau d'un deuxième circuit fermé, le circuit
secondaire. Il est ainsi possible d'obtenir de la vapeur à haute pression dans
ce circuit secondaire.
La
pression de cette vapeur fait tourner à grande vitesse une turbine qui entraîne
elle-même un alternateur qui produit une tension alternative sinusoïdale. A la
sortie de la turbine la vapeur est refroidie pour se transformer en eau, puis
renvoyée dans le générateur de vapeur.
Le refroidissement de la
vapeur issue de la turbine est confié à une tour de refroidissement ou un cours
d'eau important.
3. LES SOURCES AUTONOMES :
3.1. Energie solaire :
On distingue deux types de
centrale exploitant l’énergie du soleil :
Centrales
thermodynamiques : La
concentration du rayonnement solaire par des miroirs permet d’obtenir des
températures de l’ordre de 450°C. Cette température permet d’évaporer l’eau
qui fait tourner des turbines.
|
|
||
Centrales
photovoltaïques ou photopiles :
Dans ces centrales des cellules photovoltaïques utilisées à cet effet sont
des composants électroniques à semi conducteur capable de débiter un courant
électrique dans un circuit extérieur, lorsqu’ils sont éclairés par le
rayonnement solaire.
|
|
3.2. Energie du vent :
L’énergie cinétique du vent
produit la rotation des pâles d’une éolienne, qui est une sorte de grand
moulin, qui actionne l'alternateur. Les ressources du vent sont considérables
mais irrégulières entre le jour et la nuit, entre l’hiver et l’été ; c’est
pourquoi, cette solution reste onéreuse.
3.3. Groupes électrogènes :
Les groupes électrogènes
sont des petits alternateurs dont l’entraînement en rotation se fait en
général, par un moteur thermique (moteur Diesel par exemple). La puissance est
généralement limitée à quelques dizaines de kilowatts.
Ces groupes sont
généralement utilisés comme alimentation de secours, alimentation électrique
ininterruptible dans les locaux exigeant une continuité de service tel que les
hôpitaux.
3.4. Piles et accumulateurs :
Parmi les générateurs de
tension continue les plus rencontrés dans la pratique quotidienne, on trouve
les piles et les batteries d’accumulateurs. Cette source représente une
transformation de l’énergie chimique en énergie électrique.
EXERCICE RESOLU
Une station d’irrigation est alimentée par cellules
solaires. Sachant que la station est constituée par deux pompes dont la
puissance de chacune est 3kW et de rendement 93 %. La tension d’alimentation
nominale est de 100 V (c’est la tension à fournir au groupe
pompe/convertisseur).
Sachant
que chaque cellule élémentaire peut fournir une puissance 1W avec une tension
1.25V :
- Quel est le nombre de cellules photovoltaïques à utiliser.
- Donner un schéma de branchement de ces cellules.
- Si l’aire d’une cellule est de 5cm2. Quel est l’aire total en m2 occupé par le panneau solaire.
CORRIGE
:
1.
Le
nombre de cellules à utiliser est :
N = la puissance totale
demandée / la puissance d’une cellule.
N = 6000 / 1 soit 6000 cellules photovoltaïque.
2.
La
tension que doit fournir le panneau est U = 100V. Donc le nombre de cellule à
mettre en série est : Ns = 100/1.25 soit 80 cellules.
Or on doit utiliser au minimum 6000
cellules pour assurer la puissance demandée. Donc le nombre de rangées (80
cellules dans chaque rangé) à mettre en parallèle : Np = 6000/80 soit 75
rangées.
3.
L’aire
totale occupée par le panneau est : A = 6000 x 5 cm2 =
30 000 cm2, soit A = 3 m2.