ELEC0432-2: Les réseaux d’énergie électrique

Rappels sur les notions d’énergie, de puissance, et d’électricité

Fabien CLAUDE, Assistant fclaude@ulg.ac.be

Département des Sciences et Gestion de l’Environnement

Arlon Campus Environnement.

Web : http://www.bems.ulg.ac.be

7 novembre 2013 1

Objectifs principaux

• Savoir faire la différence entre un kW et un kWh

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• Etre capable de calculer la production annuelle d’un système de production d’électricité

• Etre capable de calculer la consommation annuel d’un appareil électrique

Méthodologie

• Rappels théoriques

– Force, Travail, Energie, Puissance

– Circuits électriques

– Puissance… en électricité!

• Exercices

1. Production électrique

2. Consommation électrique

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Force, Travail, Energie, Puissance

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= Toute cause capable de modifier l‘état de repos ou de mouvement d'un corps, ou encore de produire des déformations

Unité: Newton [N]

Ex: pour soulever une masse, il faut exercer sur elle une force égale et opposée a la force de pesanteur, c.-à-d. à son poids.

Force

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Travail

= Produit d’une force par un déplacement dans la direction de la force

Unité: Joule [J]

T = F.d

[J] = [N.m]

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Energie

= Capacité d’un système à produire un travail. L’énergie caractérise l’état d’un système. Le travail et la chaleur sont des méthodes particulières de transfert de l’énergie mécanique respectivement thermique. Unités: Joules [J]; Kilowattheure [kWh] Existe sous plusieurs formes, dont: - cinétique - thermique - électrique - chimique - potentielle (gravifique, élastique, magnétique ou électrostatique)

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Puissance

= Quotient du travail fourni « T » (ou de l’énergie transmise « E ») par la durée d’un intervalle de temps

Unité = Watt [W]

P = T/t ou P = E/t

[W] = [J/s]

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Eléments de circuits électriques

http://www.tdee.ulg.ac.be/userfiles/file/elem-circ2010.pdf

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À retenir…

• Formulation de la puissance :

– en courant continu:

– en courant alternatif:

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À retenir…

• Valeur efficace en régime sinusoïdal

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= valeur que devrait présenter une tension continue pour dissiper dans une résistance une puissance égale à la puissance moyenne dissipée par la tension sinusoïdale.

= RMS (Root Mean Square - racine de la moyenne des carrés) ou moyenne quadratique

Pourquoi le triphasé?

• Pour une même puissance transportée: – Economie de câbles

– Moins de pertes par effet Joule

• Les alternateurs triphasés ont un meilleur rendement et un plus faible rapport poids/puissance qu'un alternateur monophasé de même puissance.

• Permet facilement la création de champs tournants (champs magnétiques invariables dans un système de référence tournant), utilisés par de nombreux moteurs à courant alternatif

• Met à disposition plusieurs tensions (240 et 400 V)

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Pourquoi le 50 Hz?

• Choix guidé par l’impact sur le dimensionnement: optimum technico-économique

• Une fréquence plus élevée permet de diminuer la masse des transformateurs

• Une fréquence plus élevée augmente la chute de tension dans les liaisons

• Une fréquence trop basse (p.ex. 25 Hz) engendre de perturbations telles que le scintillement des ampoules

• 50 Hz correspond à des vitesses d’arbre des turbines de 1500 ou 3000 tours/min, ce qui est technologiquement acceptable

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Répartition mondiale des caractéristiques du réseau électrique (fréquence du réseau et tension disponible)

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L’énergie électrique dans le monde

Les centrales au charbon et nucléaires fonctionnent plus longtemps à leur capacité maximale que les autres générateurs

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Place de l’électricité d’origine renouvelable

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Performance environnementale des technologies de production de l’électricité

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kgCO2/kWhe

Durée annuelle de fonctionnement à pleine charge et cycle de vie d’une centrale de production

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Exercices

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Vérification des acquis : lecture

http://www.lavenir.net/article/detail.aspx?articleid=DMF20130904_00355899

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Production

• Eolienne de 2 MW

• Fonctionne un quart du temps à pleine puissance

• Production annuelle?

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Consommation

http://www.enviro-cool.co.uk/#/technical-information/4574831385

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Puissance en veille?

Puissance en opération?

Sources

• Le Recknagel - Manuel pratique du génie climatique (1- Donnée fondamentales) 3ème édition, 1995

• http://www.enseignons.be/upload/secondaire/electromecanique/07-07-11Theorie-chapitre6-student.pdf

• http://w3.iihe.ac.be/~cvdvelde/Info/Cours/ChapIII.pdf • http://www.tdee.ulg.ac.be/userfiles/file/elem-circ2010.pdf • http://www.tdee.ulg.ac.be/userfiles/file/cours_tdee.pdf • http://www.univ-

valenciennes.fr/forma/tio/sitedom/Module39/cours/chap3page1.htm • http://fr.wikipedia.org/wiki/Courant_triphas%C3%A9#Int.C3.A9r.C3.AAt_du_tripha

s.C3.A9 • http://eleectrotechnique.fr/wp-content/uploads/2011/07/Pertes-joule-

r%C3%A9seau-1-et-3.pdf • http://www.worldstandards.eu/electricite.htm • « Consommation d'énergie, ressources énergétiques et place de l'électricité »,

Techniques de l’Ingénieur d3900, 2011.

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