Préparer le code de réseau Cedric Briand, chef de produit, Kohler
En Europe, le secteur de la génération d'énergie est en pleine mutation suite à l'émergence de fournisseurs d'énergie renouvelable. Auparavant, un petit nombre de grandes centrales nucléaires, au gaz ou au charbon collaboraient dans un réseau centralisé. Cependant, la tendance actuelle est à un modèle distribué composé d'un grand nombre de petits générateurs d'énergie renouvelable.
Cette transformation progresse à pleine vitesse. Nous prévoyons que les ressources énergétiques réparties (RER) dépasseront la génération centalisée selon un ratio de 5 pour 1 d'ici 2024 .
Les régulateurs luttent contre l'impact que ces changements auront sur les performances du réseau. La génération d'énergie renouvelable est plus variable que les sources d'énergie traditionnelles. La hausse du nombre de fournisseurs complexifie encore davantage le réseau. Pour relever ces défis, des codes de réseau permettant de contrôler le raccordement au réseau des modules de production d'électricité ont été instaurés.
Tandis qu'en Europe les codes de réseau sont encore en pourparlers, certains pays comme l'Allemagne et le Royaume-Uni ont déjà adopté des réglementations locales. Kohler s'est intéressé à ces tendances et a analysé leur impact sur les exigences applicables aux unités de production d'énergie comme les groupes électrogènes diesel qui fonctionneront en parallèle du réseau.
Code de réseau et groupes électrogènes diesel
La Commission européenne (CE) a créé le code de réseau de l'Union européenne sur les exigences applicables aux groupes électrogènes (European Union Network Code on Requirements for Generators, NCRFG) . Le code vise à harmoniser les règles de raccordement pour les modules de production d'électricité et à renforcer la sécurité du réseau. Le NCRFG n'étant pas encore finalisé, certains pays ont instauré des codes locaux afin d'anticiper les réglementations de l'Union européenne.
Historiquement, les groupes électrogènes fonctionnent de manière indépendante sur le réseau. Toutefois, le nouveau code de réseau leur permet de rester connectés au réseau et d'y exporter de l'énergie. En effet, la contribution des modules de production d'électricité devient essentielle pour la stabilité du réseau. Le code adopte une approche segmentée en fonction de la taille du groupe électrogène. Il est important de prendre en compte le fait que les codes locaux peuvent différer des normes européennes et avoir chacun des seuils de puissance différents selon la catégorie. Ci-dessous un résumé de la répartition par catégorie :
Tableau 1 - Répartition par catégorie des groupes électrogènes
Le NCRFG stipule un grand nombre de paramètres pour les groupes électrogènes, parmi lesquels la puissance active et la fréquence, la puissance réactive et la tension ainsi que les conditions de raccordement et de rétablissement de raccordement. En outre, le concept de réseau dynamique permet au groupe électrogène de gérer les changements de tension, également appelés tenues aux creux de tension. Les groupes électrogènes répondant aux exigences du code fourniront des puissances réactives au réseau en cas de perturbation et maintiendront par conséquent la tension du réseau à un niveau acceptable. Leurs capacités techniques et leur performance doivent respecter les exigences du réseau afin d'optimiser la stabilité et la robustesse du réseau en cas de perturbation.
Tandis que la mise en œuvre du NCRFG est toujours en cours, certains États-nations individuels ont déjà édicté leurs règles locales qui tiennent compte du code plus général. Par exemple, l'Allemagne et le Royaume-Uni ont respectivement adopté le code VDE-AR-N-4110 et le code G99 comme codes locaux pour le raccordement des groupes électrogènes au réseau.
Les fournisseurs d'énergie ainsi que les opérateurs des systèmes de transmission et de distribution sont confrontés au défi d'un cadre réglementaire en pleine évolution et techniquement complexe. De nouveaux projets doivent être conçus, développés et associés conformément aux codes européens à la fois généraux et locaux. Kohler a mis au point une approche pour faciliter la maîtrise de cette complexité en utilisant des groupes électrogènes dont la conception est « à l'arrêt ».
Conception « à l'arrêt » de groupes électrogènes et applications
Afin de se conformer proactivement aux codes de réseau locaux des codes actuels et des codes européens généraux à venir, Kohler s'est tourné vers une approche prospective afin de mettre au point une gamme de groupes électrogènes « certifiés conformes au code de réseau ». La capacité technique à respecter les exigences du réseau et à rester conforme de cette gamme de produits rassure les clients.
L'Allemagne a adopté une approche proactive pour normaliser le raccordement de modules de production d'électricité au réseau, comme le montre son code local. À ce titre, la gamme de solutions de groupe électrogène sur mesure de Kohler a été conçue conformément aux exigences allemandes. Huit groupes électrogènes alimentés par des moteurs Volvo ont été choisis pour ce travail préparatoire.
Le processus de certification a été mené conjointement avec FGH, un organisme de certification tiers indépendant. Kohler et FGH ont testé, évalué et vérifié des modèles de simulation numérique par rapport à un large spectre de conditions du réseau. Ils ont réalisé des tests opérationnels afin de valider la précision du modèle par rapport aux performances du monde réel.
Les modèles de simulation sont basés sur les caractéristiques des groupes électrogènes. Les tests mesurent la capacité de l'ensemble du système à satisfaire les exigences de la puissance active et réactive ainsi que les conditions de raccordement et de rétablissement de raccordement. Certains systèmes et composants ne peuvent pas être modifiés une fois que le groupe électrogène est mis en service, car cette modification invaliderait la certification basée sur le modèle. Ces parties sont « à l'arrêt » afin de préserver la conformité au code.
Certains exemples de composants « à l'arrêt » incluent :
- Des alternateurs surdimensionnés avec un groupe électrogène à aimants permanents pouvant fournir la capacité requise pour gérer un court-circuit 3*In pendant 10 secondes. L'alternateur dispose également d'un régulateur de tension automatique permettant une totale conformité aux exigences du code de réseau y compris en cas de mises à jour logicielles du système.
- Des panneaux de commande tactiles de 12 pouces, configurés pour fonctionner parallèlement au réseau. Les interfaces utilisateur permettent de diagnostiquer et surveiller précisément le système et d'afficher les accès aux valeurs critiques comme la puissance, le facteur de puissance, la puissance réactive, la fréquence, la tension et le courant.
- Des relais de protection utilisant un dispositif certifié pour le code de réseau pour la surveillance de l'alimentation du réseau.
- Des disjoncteurs dotés d'une unité de protection « micrologic 5.0 ».
D'autres composants peuvent être remplacés sur ces groupes électrogènes sans que leur certification soit affectée. Par exemple, l'ajout de capots, les doubles parois et les cuves à fioul de grande capacité sont autant de modifications acceptables qui n'affectent pas la précision de la simulation.
La gamme de groupes électrogènes « certifiés conformes au code de réseau » de Kohler est désignée par les lettres VDE après le code produit pour indiquer la conformité des produits à la norme allemande VDE-AR-N 4110. La disponibilité de cette gamme de groupes électrogènes garantit au client la possibilité d'obtenir l'accord sans délai de raccorder leurs projets au réseau.
L'avenir du réseau
La production d'électricité en Europe se tourne vers un modèle distribué en raison de la hausse du nombre de fournisseurs d'énergie renouvelable. Cette tendance devrait se poursuivre et prendre de l'essor. À ce titre, le réseau est de plus en plus sujet aux perturbations de puissance et requiert une nouvelle méthode de stabilisation.
Les réglementations locales pour le raccordement des groupes électrogènes au réseau sont soit en place, soit en cours dans plusieurs États-nations conformément au code européen. La prolifération des codes locaux et la mise en application du NCRFG créent un environnement complexe et compliquent le respect de la conformité. Cependant, le principal objectif de ces codes ne change pas. Ils visent à réglementer le raccordement des groupes électrogènes parallèlement au réseau de sorte que ces groupes électrogènes puissent prendre le relais du système lors d'une défaillance en injectant du courant réactif et en empêchant la tension de chuter démesurément.
L'obtention de l'approbation pour de nouveaux raccordements au réseau sera soumise à la conformité aux codes locaux et européens. Averti de l'évolution des réglementations, Kohler a déjà investi dans la recherche et le développement et a déjà développé une gamme de produits pour répondre aux nouveaux besoins. Nous nous intéressons également à une gamme plus large de groupes électrogènes conforme à la norme VDE offrant une puissance accrue. Ces travaux de recherche et développement en cours constitueront un tremplin technologique qui nous permettra d'être prêts lorsque les réglementations entreront en vigueur.
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Cedric Briand, chef de produit, Kohler.
