Liaisons longue distance : le réseau électrique passe la vitesse supérieure
Énergies renouvelables
23 juillet 2024
14 min
Long-distance power lines

La prochaine fois que vous allumerez une ampoule, prenez donc le temps de vous demander d’où vient votre électricité. La réponse pourrait vous surprendre, car celle-ci aura peut-être parcouru des centaines, voire des milliers de kilomètres avant d’arriver chez vous.

De jour en jour, la production électrique devient plus renouvelable et plus interconnectée grâce au déploiement des réseaux sur de vastes étendues, à terre mais aussi en mer, où ils atteignent parfois des profondeurs impressionnantes.

Mais les choses n’ont pas toujours été ainsi.

Par le passé, le transport de l’énergie était sévèrement contraint par les technologies de câbles disponibles. Les pertes d’énergie étaient proportionnelles à la distance de transmission, ce qui entravait lourdement la transition vers des énergies renouvelables.

Mais grâce aux nombreux progrès réalisés dans la conception des câbles à courant continu haute tension (CCHT), les renouvelables prennent désormais le pas sur les énergies fossiles dans la production d’électricité.

CCHT : un facteur décisif pour l’avenir des renouvelables

Qu’elle soit implantée à terre ou en mer, l’exploitation des énergies renouvelables nécessite aujourd’hui des liaisons de transmission de plus grande capacité, capables de couvrir de plus grandes distances sans pertes en ligne, de plonger à de plus grandes profondeurs, et de résister à des environnements particulièrement hostiles.

C’est donc tout naturellement que le secteur se tourne vers les câbles de 525 kV CCHT à isolation en XLPE pour équiper les grands projets de renouvelables, et notamment pour l’exploitation commerciale de parcs éoliens offshore.

La transition vers les énergies renouvelables appelle de nouvelles méthodes d’équilibrage de la demande et la production d’électricité. Les interconnexions entre réseaux limitrophes illustrent bien l’approche contemporaine de cette problématique : à titre d’exemple, l’interconnexion entre les réseaux norvégien et allemand améliore la fiabilité des deux infrastructures en intégrant des sources d’énergie différentes et complémentaires.

Ce type de stratégie serait inenvisageable sans la mise en œuvre de systèmes CCHT, qui seront également essentiels pour la réalisation future d’interconnexions hybrides et de maillages entre les réseaux CCHT nationaux et les grands parcs éoliens en mer.

Certes, la complexité relative et le coût initial plus important des systèmes CCHT peuvent plaider pour le courant alternatif. Mais la minimisation des pertes, la facilité inégalée de pilotage des flux d’énergie et les capacités de démarrage au noir feront certainement pencher la balance en faveur des solutions CCHT.

Dans un rapport publié en janvier 2024, European offshore network transmission infrastructure needs, l’ENTSO-E estime qu’en 2050, 14 % des parcs européens de renouvelables en mer seront raccordés au moyen de liaisons hybrides multi terminaux.

Nexans Aurora and offshore wind converters

4 percées décisives pour les technologies de CCHT

Détaillons maintenant quatre innovations qui sont au cœur des liaisons longue distance.

Les GRT allemands TenneT, Amprion, et 50 Hertz ont été les premiers à développer et mettre en œuvre des technologies CCHT de raccordement de parcs éoliens en mer.

Leur approche a été récemment illustrée avec la standardisation des liaisons de 2 GW entre des parcs éoliens offshore et le réseau de transport, au moyen de systèmes de câbles sous-marins et terrestres de 525 kV. Dans un premier temps, une phase de qualification a permis aux fournisseurs de câbles de mettre au point et de valider leurs technologies ; ensuite seulement, les projets ont été attribués pour une mise en service prévue avant la fin de la décennie.

Les câbles sous-marins de 525 kV CCHT XLPE redéfinissent les limites des énergies renouvelables

La viabilité économique des projets d’énergies renouvelables repose sur la solidité et la fiabilité exemplaire des systèmes de câbles 525 kV. Ceci implique une exigence de qualité irréprochable à chaque étape de la chaîne de valeur, depuis la fabrication des câbles jusqu’à leur installation. Les fournisseurs de câbles ont su relever ce défi en agrandissant leurs sites de production, en construisant de nouvelles tours d’extrusion, en créant des laboratoires haute tension et en armant des navires câbliers de pointe.

Ce tour de force a largement sollicité, et amélioré, les processus existants d’évaluation de la maturité des technologies mobilisées. Le savoir-faire en matière de systèmes de câbles est au cœur même des projets de développement du Groupe Nexans, et constitue le point focal de ses procédures de contrôle qualité. En voici quelques exemples :

SURFICAL

Innover dans le contrôle qualité avec SURFICAL

SURFICAL est un jeu d’algorithmes d’inspection et de contrôle des surfaces développé par Nexans, spécifiquement conçu pour optimiser les processus de contrôle qualité lors des installations sur site. En associant un balayage 3D à des algorithmes dédiés, ce système repousse les limites de qualité et de fiabilité des jonctions de câbles : traditionnellement, les équipes d’installation procédaient à de simples contrôles visuels des jonctions, mais SURFICAL garantit une installation exempte de tout défaut.

Développer les premiers accessoires sans SF6 du monde

En 2023, Nexans a mené à bien les premiers essais de type du monde pour un système de câbles 525 kV CCHT équipé d’accessoires sans SF6. L’absence de SF6 dans les accessoires haute tension présente de nombreux avantages, dont :

  • la réduction de l’empreinte environnementale
  • des besoins en maintenance allégés
  • une fiabilité renforcée

La suppression du gaz SF6 dans les terminaisons de câbles réduit de 99 % leur potentiel d’émission de GES, et contribue à la transition vers des réseaux électriques plus durables.

HVDC cables

Une nouvelle ère pour la résilience et la fiabilité des réseaux

La plupart des systèmes 525 kV existants s’appuient sur une technologie déjà éprouvée, mais de nouvelles avancées permettent déjà d’entrevoir une fiabilité encore plus grande des réseaux.

  • À titre d’exemple, la recherche électrocinétique a récemment identifié de nouvelles surtensions transitoires dans les liaisons CCHT bipolaires, qui font l’objet d’essais à grande échelle.
  • De même, les liaisons multiterminaux présenteront vraisemblablement des profils atypiques de puissance et de tension en cas de défaillance, et les systèmes de câbles CCHT devront être testés en conséquence. Si les essais diélectriques sont routiniers dans la conception de câbles, incluant notamment les essais de choc de manœuvre et de choc de foudre, certaines formes d’onde peuvent entraîner des surtensions de plus longue durée.

Le palier à franchir peut sembler élevé pour les câbles de transport de 525 kV, mais les essais de qualification ont produit des résultats très prometteurs : en condensant l’équivalent de 40 années de sollicitations opérationnelles en une seule année de tests, ils ont établi que l’isolation des câbles vieillit peu et que les marges intrinsèques du système restent très importantes.

Diminuer le coût par mégawatt

La transition vers les énergies renouvelables nécessitera le transport de plus grandes quantités d’électricité, sur de plus longues distances, au travers de réseaux interconnectés. Ceci réduira le coût par mégawatt (MW) de la production d’électricité, confortant la viabilité économique des grands projets commerciaux, et notamment des projets ambitieux d’interconnecteurs.

En guise d’illustration, l’emploi pour la transmission électrique d’un unique circuit haute tension plutôt que de deux circuits de tension plus faible réduirait considérablement les dépenses d’investissement associées aux projets d’infrastructure. Dans le même temps, cette solution améliorerait l’empreinte environnementale en diminuant la consommation de matériaux rares.

Les câbles de tensions plus élevées permettent également de maîtriser les pertes en ligne, inversement proportionnelles au nombre de kilovolts. En limitant les pertes d’énergie lors du transport, les sites de production de renouvelables deviendront encore plus compétitifs à l’avenir.

 

Les câbles électriques, vecteur essentiel de la transition vers une énergie renouvelable

La transition vers les énergies renouvelables est indissociable des objectifs mondiaux pour le climat, et les câbles haute tension en sont un vecteur essentiel.

Des progrès remarquables ont été réalisés dans la technologie des systèmes CCHT. Désormais capables de transporter les énergies renouvelables à des puissances plus élevées, sur de plus longues distances et avec des pertes moindres par MW, les câbles CCHT faciliteront grandement la viabilité économique des projets de production à grande échelle d’énergies renouvelables, et tout particulièrement de l’éolien en mer.

Espen Doedens

Auteur

Espen Doedens est né en 1988 à Diever, aux Pays-Bas. Il a obtenu un Master (2012) et un Doctorat (2020) de l’Université de Technologie de Chalmers à Göteborg, en Suède. Ses principaux domaines de recherche sont les interfaces de câbles extrudés HVDC et les phénomènes DC (Direct Current). Actuellement, il travaille chez Nexans en tant que responsable produit et système pour la technologie des câbles extrudés HVDC.