Les énergies renouvelables sont en hausse en Europe alors que l'économie se développe en s'éloignant de l'utilisation de combustibles fossiles tels que le charbon et le pétrole, mais un réseau électrique vieillissant a du mal à suivre le rythme rapide des développements.

Conçu à l'origine pour obtenir et distribuer de l'énergie à partir de quelques grandes sources, Le réseau électrique européen doit désormais faire face à une classe émergente de sources d'énergie, comme le solaire, vent, marée et thermique, d'un certain nombre de fournisseurs différents. Les énergies renouvelables peuvent également avoir une disponibilité intermittente ou produire des surtensions électriques.

Cette irrégularité peut solliciter le réseau des lignes de distribution et des postes qui composent le réseau, provoquant des pannes pouvant entraîner des coupures de courant fréquentes, équipement endommagé et perte de productivité pour l'économie.

Pour de telles raisons, les producteurs d'électricité indépendants peuvent ne pas être autorisés à connecter des sources d'énergie renouvelables jusqu'à ce que le réseau soit mis à niveau, créant un goulot d'étranglement pour les fournisseurs d'énergie.

« Les connexions peuvent être retardées de plusieurs années ou ne pas se produire du tout, " dit Yoram Valent, le co-fondateur de la société israélienne GridON. « Cela a un impact négatif sur la capacité électrique que les opérateurs de services publics peuvent offrir, tout en retardant le flux potentiel de revenus provenant de sources renouvelables à faible émission de carbone souhaitables.'

GridON fabrique des dispositifs appelés limiteurs de courant de défaut (FCL), qui sont installés aux points clés du réseau pour limiter les courants électriques anormaux.

En réagissant instantanément aux défauts et aux pics de courant, Les FCL améliorent la résilience du réseau et permettent d'augmenter la capacité énergétique – ce qui peut inclure l'ajout de nouvelles sources de producteurs indépendants – sans la tâche très coûteuse et chronophage de réorganiser l'ensemble du réseau.

Producteurs renouvelables

Valent et ses collègues ont créé un FCL qui est sur le marché depuis 2013. Cependant, il s'est avéré trop important et coûteux pour les producteurs d'énergies renouvelables tels que les parcs éoliens qui alimentent le niveau de distribution du réseau.

Dans le cadre d'un projet soutenu par l'UE qui s'est terminé l'année dernière, ils ont combiné la technologie de base utilisée dans leur appareil à grande échelle avec un système d'électronique de puissance, pour créer un FCL beaucoup plus petit et plus léger adapté à la production d'énergie renouvelable. Il est conçu pour être installé dans les sous-stations de services publics ou sur les sites de production d'électricité et atténuer les courants de défaut excessifs de la source renouvelable. La réduction de la taille du FCL a également permis de réduire son coût.

Cela signifie qu'à l'avenir, les nouvelles sources d'énergie devraient obtenir l'approbation pour se connecter au réseau beaucoup plus rapidement. Au Royaume-Uni, l'un des pays où le réseau est obsolète et nécessite une mise à niveau majeure, Valent et ses collègues sont au courant de centaines de demandes de producteurs d'énergies renouvelables qui souhaitent s'associer.

'En utilisant notre FCL, nous garantissons que le réseau ne sera pas exposé à des défauts excessifs et les approbations de connexion peuvent passer plus rapidement, dit Valentin. « C'est un outil permettant de connecter de nouvelles sources, renouvelable ou autre, à la grille.'

L'utilisation de supraconducteurs – des matériaux qui conduisent l'électricité sans perdre d'énergie – pourrait également améliorer la technologie FCL. Les matériaux conventionnels tels que le fil de cuivre perdent une partie de leur énergie lorsque la charge traverse le métal. Les supraconducteurs ne permettent pas eux-mêmes de perdre de l'énergie dans la transmission, bien que les supraconducteurs opérationnels consomment de l'énergie via des systèmes de refroidissement cryogéniques coûteux.

Les limiteurs de courant de défaut supraconducteurs (SCFCL) devraient être beaucoup plus efficaces lorsque des tensions élevées sont impliquées, combinant une faible dissipation de puissance, haute sensibilité et une grande vitesse de fonctionnement.

Le plus grand défi est de faire fonctionner les supraconducteurs à des températures plus élevées – ils doivent généralement être proches du zéro absolu pour fonctionner efficacement. Cela signifie que les SCFCL sont trop coûteuses pour une utilisation commerciale généralisée.

Puissance de transmission

Le professeur Pascal Tixador et son groupe de l'Institut Néel, l'un des laboratoires du Centre National de la Recherche Scientifique, et partenaires, visent à rendre les SCFCL plus abordables et robustes dans le cadre du projet FASTGRID pour développer une meilleure transmission de puissance.

Afin de réduire le coût des SCFCL, l'équipe conçoit de meilleures versions du ReBCO (terre rare, baryum, oxyde de cuivre) fils maintenant utilisés dans leurs appareils.

Ils poursuivent l'application de nouveaux fils supraconducteurs avec un composant de saphir pour une utilisation dans les SCFCL. Des percées récentes ont permis de produire des couches minces à partir du minéral. Lorsqu'un revêtement supraconducteur est ajouté, ces fils ont une capacité exceptionnelle à limiter les courants anormaux et à transporter plusieurs fois plus de courant que leurs prédécesseurs en cuivre, propriétés validées en laboratoire.

La prochaine étape consiste à évaluer comment ils pourraient être mis en œuvre dans les SCFCL à l'échelle industrielle et à trouver un moyen de les rendre rentables.

La technologie pourrait être vitale pour les projets de création d'un super-réseau européen et d'un marché unique de l'énergie. À l'heure actuelle, chaque pays a sa propre infrastructure énergétique et l'énergie ne circule pas librement à travers les frontières. But a new network to pool electricity that spans Europe and the surrounding region has been proposed. It should help with the adoption of renewables, where short blackouts are an issue. An area depending on energy from a wind farm, par exemple, could use energy produced elsewhere by solar in times of low wind.

Direct current

Developing a supergrid will require a new high voltage direct current (HVDC) grid system. Direct current is required to transport electricity over long distances instead of alternating current, which is more efficient in smaller networks. Cependant, fault current can be more severe when direct current is used, making FCLs even more crucial. 'FCLs can reduce the fault current that needs to be cut by a factor of 10, ' said Prof. Tixador.

SCFCLs are the only viable solution to limit abnormal currents produced by high voltages, according to Prof. Tixador. The goal of the EU-funded FASTGRID research is to provide high-voltage superconducting transmission lines that can be used in the next generation transmission network. SCFCLs, together with future energy storage systems, would be an important element in assuring the safety and reliability of the network.