Le besoin
Dans le cadre du développement énergétique en Afrique sub-saharienne, la construction d’une centrale photovoltaïque de 33MW est prévue. Cette future centrale PV sera raccordée sur le réseau national du pays. Ce réseau peut être interconnecté avec les réseaux de deux pays voisins. Il dispose de plusieurs groupes de production thermiques et hydrauliques répartis dans le pays.
Dans ce contexte, Capsim a été sollicitée par les investisseurs et l’opérateur de réseau pour :
- Analyser la stabilité du réseau lors de l’injection de la puissance de cette nouvelle centrale sur le réseau national interconnecté. Sont à considérer ici d’une part le contexte particulier de l’intermittence d’une production solaire, d’autre part la faiblesse préexistante du réseau concerné (sous capacités de production, coupures régulières…)
- Aider à préciser les spécifications techniques à inclure dans le dossier d’appel d’offre du contrat de construction clé-en-main
- Analyser la problématique de l’extension de la centrale ou de l’ajout de centrales complémentaires
La réalisation
L’équipe projet Capsim a tout d’abord constitué un modèle numérique du réseau national interconnecté du pays. Cette étape a nécessité une mission sur place auprès de l’opérateur du réseau de transport afin de recenser les données sur les équipements. Le modèle a été paramétré de manière à représenter les différentes configurations d’exploitation du réseau ainsi que les cas de contingences N-1 (défaillance d’un transformateur, d’une ligne, déclenchement…).
A partir de ce modèle, les analyses suivantes ont été lancées :
- Etude d’écoulement de puissance et plan de tension : cela a permis de vérifier la tenue des critères statiques en tension sur le réseau ainsi que le dimensionnement des principaux équipements (transformateurs, lignes…). Des stratégies de gestion de cette nouvelle source d’énergie présentes sur le réseau ont été préconisées. L’analyse d’impact de scénarios de contingence avec et sans la centrale PV a permis de mettre en avant des problèmes de stabilité dans certaines configurations et de proposer des solutions palliatives (compensateur de réactif, évaluation de systèmes de stockage)
- Analyse dynamique : Il s’agissait d’analyser la stabilité dynamique du réseau en configuration îlotée, c’est-à-dire lorsque les interconnexions avec les pays voisins sont indisponibles. En effet, en l’absence d’interconnexion, le taux de pénétration de la centrale PV est nettement supérieur, augmentant ainsi les risques d’instabilité du réseau et délestage fréquence-métrique. Cette analyse est fondée sur des scénarios typiques de variation de puissance de la centrale PV (montée en production, passage de nuage). A partir des résultats obtenus, sont préconisées des stratégies de gestion de l’énergie en configuration ilotée et des limites d’emploi de la centrale
- Etude de courants de court-circuit : Il s’agissait de calculer par simulation l’apport en courants de court-circuit sur le réseau de la nouvelle centrale et contrôler la tenue des équipements (barres, lignes, câbles…)
- Analyse harmonique : Dans cette étude, un modèle de la pollution harmonique injectée par les onduleurs de la centrale PV a été établi. Par simulation, il a été possible de quantifier l’impact sur la distorsion en tension pour les postes du réseau
Modélisation sous ETAP du RNI en 2015
Le bilan
Cette étude a permis au gestionnaire du réseau :
- de connaitre l’impact de l’insertion d’une centrale PV de 33 MW-crête sur le réseau de transport national pour l’ensemble des configurations d’exploitation possibles
- d’identifier les cas de non-respect des critères statiques en tension et en fréquence sur le réseau et concevoir des solutions techniques permettant d’éliminer ces cas
- d’évaluer la stabilité dynamique du réseau lors de variations de puissance PV et de disposer de solutions en termes de stratégie de contrôle commande des équipements pour gérer l’intermittence
- de vérifier que l’impact sur les courants de court-circuit du réseau était négligeable
- de mesurer l’impact de la centrale PV en termes de pollution harmonique sur le réseau
Capsim a réalisé ce type d’étude sur des projets au Tchad, Niger, Togo, Cote d’ivoire, Burkina Faso, Mali, Ethiopie, Mozambique, Gabon, Sao Tomé, Maroc, Tunisie, Algérie, etc …
