Soutenance mémoire
L’utilisation de l’énergie s’avère incontournable dans les activités humaines, que celles-ci soient domestiques ou industrielles. Elle joue un rôle essentiel dans le développement économique et social et dans l’amélioration de la qualité de la vie. En effet, l’homme a toujours ressenti le besoin d’exploiter toutes les ressources énergétiques qui se présentent à lui. C’est ainsi par exemple que l’homme vint à utiliser le bois, le charbon, le pétrole, le gaz naturel, l’eau, etc, pour obtenir de l’énergie électrique. Cette dernière est produite dans les centrales électriques. Ensuite, elle est acheminée vers les consommateurs par l’intermédiaire des lignes électriques [27]. Par conséquent, l’énergie électrique tient aussi une place importante dans le développement durable d’un pays.
Contexte et problématique
La situation actuelle de la fourniture de l’électricité de la région DIANA est assurée par des centrales thermiques conventionnelles. La puissance totale installée dans cette région est de 42,643 MW dont 21 MW est actuellement la puissance pour la ville d’Antsiranana, 0,343 MWpour Anivorano nord et 2,5 MW pour la centrale thermique d’Ambilobe et ensuite 5 MWpour celle d’Ambanja et enfin 13,8 MW est la puissance installée pour la ville de Nosy-Be [20], [Annexe 4]. L’électricité produite dans des centrales thermiques est obtenue par la combustion du gasoil ou du fuel lourd. Et cette production d’électricité à partir du gasoil et du fuel lourd fait l’objet de problèmes en matière d’impacts environnementaux. Cependant, des délestages sont observés dans tous les districts. Cette situation constitue une contrainte transversale au développement des secteurs économiques de cette région. Dans la région DIANA, le coût de l’électricité est de 30 % supérieur à la tarification opérée sur les hautes terres, car ici, seule l’énergie thermique est produite [34]. Elle dispose donc d’un fort potentiel en matière d’énergies renouvelables : hydroélectrique, éolien et solaire. L’exploitation des potentiels aux sources d’énergies renouvelables contribuerait à abaisser le coût de l’énergie électrique. Et ce sera favorable au développement durable de cette région.
Des sites hydroélectriques ont déjà été identifiés dans la région DIANA : le site de Bevory est situé à 25 km à l’est de la ville d’Ambanja. Il a une puissance de 12 MW. Ensuite, le site d’Andranomamofona à 45 km au sud-est d’Ambilobe. La puissance disponible est de 15 MW. Et le troisième site est celui d’Ampandriambazaha, situé sur la rivière Mahavavy nord à 30 km en amont du site d’Andranomamofona et il a une capacité de 50 MW.
ETAT DE L’ART SUR LES RESEAUX D’ENERGIEELECTRIQUE
De façon générale, un réseau est un ensemble de structures (physiques, biologiques, chimiques) formé par interconnexion en vue d’une tache prédéfinie (par exemple le traitement ou le transport de l’énergie, de la substance ou de l’information). Les interconnexions, elles, apparaissent comme association, par connexion matérielle ou informationnelle, des systèmes distincts pour assurer une mise en commun des ressources visant un fonctionnement meilleur ainsi que la continuité du service en cas de défaut.
Un Réseau d’Energie Electrique (REE) est un système d’éléments interconnectés qui est conçu :
• pour convertir d’une façon continue de l’énergie qui n’est pas sous forme électrique en énergie électrique (centrales électriques),
• pour transporter l’énergie électrique d’un point à un autre (lignes électriques),
• pour transformer l’énergie électrique sous des formes spécifiques soumises à des contraintes bien déterminées (transformateurs de puissance).
Dans sa définition technique, le REE correspond à un ensemble formé par des centres de production qui sont les centrales électriques contenant les génératrices synchrones, les lignes électriques triphasées aériennes et souterraines exploitées à différents niveaux de tension, les transformateurs pour pouvoir élever ou abaisser le niveau d’une tension à une autre et les utilisateurs qui sont les consommateurs de l’énergie électrique, connectés entre elles par ce qu’on appelle jeu de barres, point d’où partent les accès au réseau.
Traditionnellement, un réseau d’énergie électrique comprend toujours quatre grandes parties : la production, le transport, la distribution et enfin la consommation.
PRODUCTION DE L’ENERGIE ELECTRIQUE
Une centrale (production d’énergie) électrique est un site industriel destiné à la production d’électricité. Les centrales électriques transforment différentes sources d’énergie naturelle en énergie électrique afin d’alimenter en électricité les consommateurs, particuliers ou industriels relativement lointains.
Il existe (5) cinq principaux types de centrales électriques [1] :
• les centrales à combustible fossile (charbon, pétrole et gaz naturel) dites centrales thermiques classiques,
• les centrales nucléaires qui sont également des centrales que l’on peut qualifier de thermique,
• les centrales hydroélectriques,
• les centrales solaires ou photovoltaïques,
• les centrales éoliennes.
Pour toutes ces centrales, sauf pour les centrales photovoltaïques qui produisent l’électricité directement de la lumière, les éléments indispensables à la production de courant électrique sont les suivants :
– une turbine en mouvement,
– un alternateur, c’est-à-dire un aimant ou électro-aimant entraîné par la turbine et entouré d’une bobine qui produit le courant électrique.
Les centrales thermiques
Les centrales thermiques brûlent des combustibles fossiles comme du charbon ou du gaz naturel pour produire de l’électricité [28]. Dans le cas des centrales au charbon, on stocke le combustible en tas immédiatement à l’extérieur. L’acheminement du produit vers l’intérieur de la centrale se fait par un convoyeur. Le charbon est ensuite chargé dans un immense pulvérisateur qui le broie en poudre fine. D’immenses ventilateurs soufflent la poudre de charbon dans une chambre de combustion géante où elle brûle en dégageant d’importantes quantités de chaleur. La température peut atteindre plus de 3000 °C. La chambre de combustion est entourée de conduites d’eau. La chaleur dégagée par la combustion transforme en vapeur l’eau des conduites. La vapeur est ensuite transférée, sous pression et à haute vitesse, par de gros tuyaux à une turbine dont elle fait tourner les ailettes. Àpartir de là, le processus est le même que dans une centrale nucléaire ou hydraulique : la turbine fait tourner l’alternateur, qui produit l’électricité. La vapeur est condensée et retransformée au moyen de l’eau de refroidissement provenant généralement d’un lac ou d’un cours d’eau voisin. L’eau est ensuite recomptée et acheminée dans les conduites entourant la chambre de combustion pour reprendre le processus.
Les centrales nucléaires
Quand les particules subatomiques appelées neutrons entrent en contact avec les atomes d’uranium, le noyau se fractionne, libérant alors de l’énergie sous forme de chaleur [28]. Cette réaction se produit en permanence dans la nature, mais à un rythme extrêmement lent. Les réacteurs nucléaires accélèrent énormément ce processus en ralentissant les neutrons et en augmentant la probabilité qu’ils heurtent et divisent le noyau des atomes d’uranium. Lors de la fission, le noyau libère d’autres neutrons qui iront heurter et diviser de nouveaux noyaux, provoquant ainsi une réaction en chaîne. C’est la fission nucléaire.
Les centrales nucléaires utilisent de l’uranium pour la production de l’énergie électrique : on introduit quelques milliers de grappes de combustible, c’est-à-dire l’uranium, dans le cœur du réacteur nucléaire, où la fission du noyau des atomes d’uranium créera une chaleur intense. Cette chaleur fera bouillir de l’eau pour produire de la vapeur qui entraînera une turbine et un alternateur, produisant ainsi de l’électricité. Mais ces centrales présentent un inconvénient majeur car ces produits de fission sont hautement radioactifs. Il est donc essentiel que les grappes de combustible d’uranium retirées des réacteurs soient isolées de l’environnement pendant une longue période de temps.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
1. Contexte et problématique
2. Motivation
3. Objectifs
4. Organisation du mémoire
Chapitre I : ETAT DE L’ART SUR LES RESEAUX D’ENERGIE ELECTRIQUE
I.1 INTRODUCTION
I.2 PRODUCTION DE L’ENERGIE ELECTRIQUE
I.2.1 Les centrales thermiques
I.2.2 Les centrales nucléaires
I.2.3 Les centrales hydroélectriques
I.2.4 Les centrales solaires photovoltaïques
I.2.5 Les centrales éoliennes
I.3 LES STRUCTURES D’UN RESEAU ELECTRIQUE
I.3.1 Le réseau de transport et d’interconnexion
I.3.2 Le réseau de répartition
I.3.3 Les réseaux de distribution
I.4 LES CONSOMMATEURS DE L’ENERGIE ELECTRIQUE
I.4.1 Consommation ayant une puissance apparente supérieure à 10 MVA
I.4.2 Consommation ayant une puissance apparente entre 0,5 et 10 MVA
I.4.3 Consommation ayant une puissance apparente inférieure à 0,5 MVA
I.5 LES CLASSIFICATIONS DES TENSIONS DU RESEAU ELECTRIQUE
I.6 GRANDEURS CARACTERISTIQUES DES RESEAUX ELECTRIQUES
I.6.1 Stabilité des réseaux électriques
I.6.1.1 Stabilité en fréquence
I.6.1.2 Stabilité en tension
I.7 CONCLUSION PARTIELLE
Chapitre II : CONCEPTION DES RESEAUX ELECTRIQUES INTERCONNECTES DE LA REGION DIANA
II.1 INTRODUCTION
II.1.1 Avantages techniques
II.1.2 Avantages économiques
II.2 SITUATION DES RESEAUX ELECTRIQUES INTERCONNECTES A MADAGASCAR
II.2.1 Réseau Electrique Interconnecté d’Antananarivo
II.2.1.1 Fonctionnement
II.2.1.2 Eléments constitutifs des REIA
II.3 PERSPECTIVES A LONG TERME DE LA REGION DIANA
II.3.1 Situation géographique de la région DIANA
II.3.2 Vision de la région DIANA à l’horizon de 2030
II.3.2.1 Projet Mad’Eole
II.3.2.2 Projet ORE
II.3.3 Contribution au développement durable de la région DIANA
II.4 CONCLUSION PARTIELLE
Chapitre III : MODELISATION DES ELEMENTS CONSTITUANTS DU RESEAU D’ENERGIE ELECTRIQUE
III.1 INTRODUCTION
III.2 MISE EN EQUATION DU RESEAU D’ENERGIE ELECTRIQUE EN REGIME PERMANENT EQUILIBRE
III.2.1 Les équations du réseau d’énergie électrique
III.2.1.1 Matrice des admittances d’un réseau électrique à 2 nœuds
III.2.1.2 Les courants dans les lignes électriques
III.2.1.3 Les courants injectés aux nœuds électriques
III.2.1.4 Les puissances injectées aux nœuds électriques
III.2.1.5 Généralisation à un réseau électrique à n nœuds
III.2.2 Calcul de la répartition des puissances dans le REE
III.2.2.1 La répartition des puissances
III.2.2.2 Méthode de calcul de la répartition des puissances
III.3 MODELISATION DES GROUPES HYDROELECTRIQUES
III.3.1 Principe de conversion d’énergie hydraulique
III.3.2 Modèle de la turbine hydraulique
III.3.3 Modèle du générateur synchrone
III.4 MODELISATION DU RESEAU DE TRANSPORT D’ENERGIE
III.4.1 Modèle des lignes électriques
III.4.2 Modèle du transformateur de puissance
III.4.3 Modèle des charges
III.4.4 Modèle des nœuds du réseau électrique
III.5 CONCLUSION PARTIELLE
Chapitre IV : ETUDE DES RESEAUX ELECTRIQUES INTERCONNECTES DE LA REGION DIANA
IV.1 INTRODUCTION
IV.2 CHOIX DES EQUIPEMENTS ELECTRIQUES CONSTITUANTS LES REIDIANA
IV.2.2 Présentation du projet d’interconnexion des REIDIANA
IV.3 CHOIX DES TURBINES POUR LES CENTRALES HYDROELECTRIQUES
IV.3.1 Introduction
IV.3.2 Choix de type de turbine hydraulique
IV.4 PRESENTATION DU RESEAU ETUDIE
IV.5 CALCUL DE LA REPARTITION DES PUISSANCES DES REIDIANA
IV.5.1 Scénario 1
IV.5.1.1 Présentation des résultats
IV.5.1.2 Interprétation des résultats
IV.5.2 Scénario 2
IV.5.2.1 Présentation des résultats
IV.5.2.2 Interprétation des résultats
IV.5.3 Scénario 3
IV.5.3.1 Présentation des résultats
IV.5.3.2 Présentation des résultats
IV.5.4 Scénario 4
IV.5.4.1 Présentation des résultats
IV.5.4.2 Interprétation des résultats
IV.5.5 Scénario 5
IV.5.5.1 Présentation des résultats
IV.5.5.2 Interprétation des résultats
IV.6 CONCLUSION PARTIELLE
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES
