Avec la transition énergétique en cours, l’intégration des énergies renouvelables (EnR) dans les réseaux électriques devient une priorité mondiale. Cependant, l’introduction massive d’EnR dans le mix énergétique présente des défis majeurs, notamment en ce qui concerne la stabilité des réseaux électriques.
Les sources d’énergie renouvelables, telles que le solaire et l’éolien, reposent souvent sur des convertisseurs électroniques de puissance (onduleurs), qui se distinguent des générateurs synchrones traditionnels. Leur intégration à grande échelle modifie profondément le comportement dynamique du réseau électrique et soulève plusieurs enjeux de stabilité. Parmi ceux-ci figurent la faible inertie du système, le contrôle de la tension, la synchronisation des sources ainsi que la réponse aux perturbations. Ces défis sont particulièrement critiques dans les réseaux isolés ou à faible capacité de court-circuit.
Capsim a analysé les problématiques de stabilité liées à l’intégration croissante des énergies renouvelables dans les réseaux électriques, lesquelles soulèvent d’importants défis en matière de stabilité dynamique.
Le manque d’inertie lié au remplacement d’alternateurs tournants par des convertisseurs (système PV ou éolienne full converter) est un phénomène maintenant connu et maîtrisé. Le taux de convertisseur présent ayant tendance à encore augmenter, un nouveau phénomène apparait : les instabilités liées à un Short Circuit Ratio (SCR) faible. Le SCR est un indicateur de la rigidité d’un réseau électrique au point d’interconnexion avec une source de production. Sous certaines conditions, l’augmentation de la pénétration des ENR peut faire chuter le SCR en dessous de seuils pour lesquels la stabilité du réseau est compromise.
Cette problématique est assez méconnue du monde industriel et des développeurs de projets de production ENR et de stockage. Une non détection et une non prise en compte en amont d’un projet est de nature à :
- Brider le développement des ENR et du stockage ;
- Brider ou empêcher la mise en production d’un parc ENR ou d’un site de stockage alors qu’il est construit.
Les Valeurs de SCR (théorique) indiquent :
- Un SCR faible (inférieur à 2) indique un système faible.
- Un SCR élevé (supérieure à 3) indique un système rigide ou fort.
- Un SCR critique (2 < SCR < 3) des difficultés de fonctionnement peuvent être attendues.
C’est un indicateur utile pour avoir une première idée de la solidité du réseau. Il permet de repérer les zones potentiellement à risque, mais il ne suffit pas à lui seul pour confirmer la stabilité du système. Un SCR faible augmente généralement la probabilité de problèmes de stabilité, mais ne permet pas de prédire précisément le type de défaillance ni le moment où elle pourrait survenir. Cela ne signifie pas automatiquement qu’il y aura une instabilité, car tout dépend du type d’équipement, de ses contrôles, et du contexte réseau. C’est pourquoi une analyse au cas par cas est indispensable.
Afin de proposer des solutions opérationnelles à ses client, Capsim a mené des actions de R&D internes dont l’objectif principal est d’analyser les problématiques de stabilité liées à l’intégration croissante des énergies renouvelables dans les réseaux électriques et plus particulièrement en lien avec le SCR.
Le travail portait donc sur la compréhension des effets d’un faible SCR sur la stabilité du système, ainsi que sur l’exploration de solutions permettant d’y faire face en phase amont, en phase études ou lors d’une expertise.
Les études RMS (Root Mean Square) ne permettent généralement pas de détecter les instabilités liées à un faible SCR. Il est donc recommandé d’utiliser des simulations électromagnétiques transitoires (EMT) pour évaluer précisément la stabilité dans ces situations.
Suite à ce travail de recherche, Capsim a obtenu :
- Une compréhension détaillée des phénomènes en jeu et influence des différents paramètres : capacité à mieux détecter en amont des situations à risque fort.
- Une maitrise du niveau de détails des modèles des équipements pour pouvoir simuler de façon prédictive les phénomènes d’instabilité associés au SCR.
- Une maitrise des hypothèses simplificatrices facilitant la réalisation de l’étude des phénomènes associés au SCR faible.
- Une détermination de règles de conception, stratégies d’exploitation ou solutions en cas de situations d’instabilité avérées. Ces actions de R&D ont permis de traiter plusieurs cas concrets industriels aussi bien en phase amont (conception de systèmes intégrant de la production, du stockage BESS, de la production d’H², …..) qu’en expertise d’incident.
