Assurer la stabilité du réseau : transformateurs pour les applications d’énergies renouvelables

Jul 10, 2023

Les transformateurs sont des composants essentiels qui regroupent l'énergie produite et augmentent son niveau de tension à la station de mise en commun avant de la synchroniser et de l'injecter dans le système de transmission inter-états ou intra-étatiques. Leur disponibilité et leur longévité peuvent avoir un impact significatif sur la fiabilité du réseau et améliorer le contrôle de la tension, même en cas d'alimentation intermittente. Après l’Accord de Paris et le sommet COP26, les pays du monde entier se sont fixés des objectifs ambitieux en matière d’énergies renouvelables. Avec la pénétration croissante des énergies renouvelables, d’importantes variations de charge dans des délais relativement courts sont devenues inévitables, affectant à la fois les réseaux de transport et de distribution (T&D). La complexité du réseau électrique est encore accrue par les charges non linéaires des centres de données et des bornes de recharge pour véhicules électriques, entre autres facteurs. Pour surmonter ce problème, le déploiement de transformateurs spécialisés gagne du terrain pour la production photovoltaïque (PV) et éolienne distribuée.

Options technologiques

Le type de transformateur le plus couramment utilisé dans les applications d’énergie renouvelable est le transformateur onduleur. Le courant continu (CC) généré par les cellules photovoltaïques est converti en courant alternatif (AC) par des onduleurs, et le courant alternatif est connecté au réseau électrique via un transformateur élévateur. Ils synchronisent la puissance CA de sortie avec la fréquence de phase et la tension du réseau existant afin d'injecter de l'énergie photovoltaïque dans le réseau. Les onduleurs photovoltaïques sont très efficaces et injectent un minimum de courant continu, d’harmoniques ou de puissance réactive dans le réseau. Cependant, les systèmes d'énergie solaire sont confrontés à des défis de conception en raison de la taille limitée de l'onduleur solaire, le plus grand étant d'environ 500 kVA. Les restrictions sur la taille des onduleurs imposent également des limites sur la taille des systèmes photovoltaïques. En conséquence, les progrès de la technologie des onduleurs ont été lents.

Les transformateurs d'isolement sont généralement utilisés pour protéger les onduleurs des surtensions côté réseau et empêcher toute injection de courant continu de l'onduleur dans le réseau. De nombreux modèles d'onduleurs sont équipés de transformateurs d'isolement intégrés. Cependant, en raison de leur coût accru et de leur efficacité réduite, beaucoup choisissent d’acheter des onduleurs sans eux. Les transformateurs d'isolement ne sont pas nécessaires si le système photovoltaïque utilise un autre transformateur, tel qu'un transformateur élévateur.

Pour la manipulation et le transport de volumes substantiels d'électricité provenant d'installations d'énergies renouvelables variables, les transformateurs de type sec et les transformateurs à liquide gagnent du terrain. Dans un transformateur de type sec, les enroulements et le noyau sont enfermés dans un réservoir scellé rempli d'air ou de gaz sous pression. Ces transformateurs sont utilisés pour connecter des sources d'énergie renouvelables au réseau ou à la charge, telles que les éoliennes, les panneaux solaires et les centrales hydroélectriques. Pendant ce temps, les transformateurs remplis de liquide utilisent des fluides d’huile minérale, d’ester synthétique et d’ester naturel. Cela les rend adaptés à un large éventail d'applications, allant des installations solaires résidentielles aux installations commerciales et industrielles sur les toits, en passant par les projets éoliens terrestres ou au sol, sur tour ou nacelle.

De plus, dans les années à venir, l’augmentation des installations sur les toits incitera davantage de prosommateurs à vendre de l’électricité au réseau pendant la journée et à retirer de l’électricité pendant les heures creuses. La mise à niveau vers des transformateurs intelligents garantira un flux d’énergie bidirectionnel du réseau vers les bâtiments, ainsi que des consommateurs vers le réseau. Cela garantira que l’électricité soit fournie aux consommateurs qui en ont besoin pendant les heures de pointe à des prix compétitifs, éliminant ainsi ce besoin. Les transformateurs intelligents permettront également aux réseaux de devenir plus résilients face à la volatilité et à l’instabilité du réseau de toutes sortes.

Les transformateurs à semi-conducteurs (SST) sont constitués de circuits de commande, de semi-conducteurs haute puissance et de transformateurs haute fréquence. Ces transformateurs facilitent les conversions AC-DC et DC-AC transparentes et offrent un meilleur contrôle sur les réseaux de distribution d'énergie. Lorsqu’ils sont intégrés au réseau électrique, les SST gèrent de manière indépendante les variations de tension. Ces transformateurs sont plus robustes, fiables, efficaces et relativement moins chers que les transformateurs conventionnels. Les SST sont le plus souvent utilisés dans les sources d'énergie renouvelables telles que l'énergie solaire et éolienne, ainsi que dans les locomotives de traction. En outre, il est prévu que l’infrastructure T&D vieillissante soutienne la croissance du marché SST.