Résumé
Les réseaux de distribution sont de plus en plus sollicités dans le monde entier en raison de l’utilisation croissante de l’énergie photovoltaïque, des pompes à chaleur et de l’électromobilité. Cette évolution entraîne des problèmes de tension dans le réseau, en particulier en Europe, où l’on assiste déjà à une expansion coûteuse du réseau. En Afrique du Sud, en revanche, l’accent a été mis jusqu’à présent sur la disponibilité de l’électricité. Cependant, avec la forte croissance du marché de l’énergie solaire, la stabilité du réseau devient de plus en plus importante ici aussi.
Un exemple de solution moderne est l’introduction du système de régulation de basse tension A. Eberle »LVRSys®« dans le centre de données de Siemens à Midrand, en Afrique du Sud. Ce projet montre comment »LVRSys®« contribue à la stabilisation de la tension dans les infrastructures critiques, en particulier dans les régions qui connaissent une transition vers les énergies renouvelables. Outre l’Afrique du Sud, cette technologie constitue également une alternative économique à l’extension traditionnelle du réseau en Europe et dans le monde, car elle peut être utilisée de manière flexible, rentable et indépendamment du lieu.
LVRSys®
Le »LVRSys®-Low-Votage Regulation System« a été développé pour résoudre les problèmes de stabilité de la tension dus à l’intégration de l’électromobilité, du photovoltaïque et des pompes à chaleur dans le réseau basse tension. Il représente une alternative économique et flexible aux extensions de lignes coûteuses et fastidieuses.
L’approvisionnement énergétique en Europe et en Afrique du Sud aujourd’hui : La nécessité de solutions innovantes et durables
Les réseaux de distribution sont de plus en plus sollicités dans le monde entier. Les fluctuations de tension deviennent plus fréquentes car les systèmes photovoltaïques augmentent les niveaux de tension dans les réseaux à basse tension, tandis que l’utilisation croissante des pompes à chaleur et de la mobilité électrique entraîne des baisses de tension. Alors que les systèmes photovoltaïques dominent les niveaux de tension pendant la journée, les pompes à chaleur et les véhicules électriques provoquent principalement des baisses de tension le soir et la nuit. En outre, la recharge monophasée des véhicules électriques exacerbe les asymétries de tension de phase
En Allemagne et en Europe, ces effets ont conduit à une expansion rapide et coûteuse du réseau. Dans le même temps, la demande de solutions intelligentes permettant une stabilisation rapide et rentable du réseau ne cesse de croître.
En Afrique du Sud, l’accent a été mis jusqu’à présent sur la disponibilité de l’électricité plutôt que sur la stabilité du réseau. Toutefois, cette tendance devrait s’intensifier dans les années à venir avec l’expansion rapide des énergies renouvelables. Le marché sud-africain de l’énergie solaire devrait atteindre 6,68 gigawatts d’ici 2024 et 11 gigawatts d’ici 2029, soit un taux de croissance annuel de près de 11 %. Selon l’Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA), la capacité de production d’énergie éolienne et solaire devrait atteindre 20 gigawatts d’ici à 2030.
À long terme, la croissance du marché sera alimentée par la demande croissante de sources d’énergie propres et par les efforts visant à réduire la dépendance à l’égard des centrales électriques au charbon. Dans le même temps, l’expansion nécessaire du réseau à haute tension par Eskom reste un défi critique pour l’intégration des énergies renouvelables dans l’infrastructure électrique existante. Par conséquent, la part croissante des énergies renouvelables nécessite des solutions innovantes et durables pour assurer la stabilité du réseau tout en faisant progresser la décarbonisation du secteur de l’énergie.
Le principal défi de l’Afrique du Sud reste l’approvisionnement sûr et stable en électricité et la réalisation des objectifs climatiques conformément à l’Accord de Paris. L’Afrique du Sud est actuellement l’un des 20 plus grands émetteurs de CO2 dans le monde, car la production d’électricité dépend fortement du charbon et des combustibles liquides. En outre, une maintenance insuffisante et des extensions de centrales électriques qui ne peuvent pas être réellement planifiées entraînent régulièrement d’importantes fluctuations de tension. Celles-ci nuisent au fonctionnement des ces fluctuations nuisent au fonctionnement des équipements, ce qui peut entraîner des interruptions de production dans l’industrie, voire la destruction d’appareils. Des normes telles que EN
50160, IEC 61000-2-12 ou la norme sud-africaine NRS 048 définissent des limites de bande de tension (±10%). Les machines, les entraînements et l’éclairage fonctionnent le plus efficacement à la tension nominale. En dehors de cette plage, l’efficacité et la durée de vie diminuent, en particulier avec les LED. Un projet pilote entre Siemens Proprietary Limited à Midrand (Afrique du Sud) et A. Eberle Africa (Pty) Ltd. à Durban (Afrique du Sud) montre comment un système de régulation de basse tension »LVRSys®« assure la stabilité de la tension d’un centre de données. Il réagit aux fluctuations de la tension du réseau en moins de 30 ms et garantit ainsi que cette infrastructure critique est pleinement opérationnelle 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Un »LVRSys®« d’une puissance nominale de 250 kVA (+10%) avec huit étapes de contrôle est utilisé dans le projet pilote.
»LVRSys®« – Régulation basse tension – Principe de fonctionnement
Figure 7 (gauche) : Zone de l’étage de contrôle »LVRSys®«
Mise en œuvre d’une stabilisation efficace de la tension à l’aide d’un logiciel de gestion de l’énergie. »LVRSys®«
Le centre de données de Siemens à Midrand, en Afrique du Sud, utilisait auparavant une ancienne technologie de système qui ne répondait plus entièrement aux exigences actuelles et qui était basée sur la commande de servomoteurs avec réglage mécanique de l’étage. Cette technologie présentait un long temps de réponse de plusieurs minutes, une faible efficacité et des limites qualitatives, ce qui entraînait une augmentation des coûts de maintenance et des temps d’arrêt prolongés.
Face à ces défis, la décision de remplacer le système existant par le système innovant »LVRSys®« – Low Voltage Regulation System – a été facile à prendre. Cette technologie fiable et robuste permet une régulation de tension de haute précision avec un temps de réponse inférieur à 30 millisecondes, ce qui compense efficacement les fluctuations de tension. Cela garantit le fonctionnement continu et ininterrompu du centre de données, ce qui est essentiel pour Siemens.
Le démontage et l’élimination écologique de l’ancien système ont été effectués par une entreprise partenaire locale en collaboration avec A. Eberle Afrique : INSTELEC SERVICES CC, contact : info@instelec.co.za
L’installation pilote a été dimensionnée selon les normes les plus récentes et comprend les caractéristiques techniques suivantes :
L’une des principales caractéristiques du « LVRSys® » est son rendement exceptionnellement élevé, qui se situe entre 99,4 % et 99,8 % dans toutes les classes de puissance disponibles. Ce système constitue donc une solution particulièrement efficace sur le plan énergétique et respectueuse de l’environnement. Le système impressionne également par ses performances exceptionnelles par rapport aux autres technologies disponibles sur le marché :
- Puissance utile : 22 kVA à 2500 kVA
- Plages de contrôle : ± 6 % à ± 16 %
- Nombre d’étages : 9
- Rendement : 99,4 % – 99,8 %.
- Contrôle : indépendant de la phase
- Sans rétroaction sur le réseau
- Augmentation de la puissance de court-circuit unipolaire grâce au pré-étage jusqu’à 44 kVA
En outre, le »LVRSys®« est délibérément conçu pour être convivial et ne nécessiter que peu d’entretien. Le contrôle de fonctionnement recommandé ne nécessite qu’un changement manuel entre le fonctionnement en dérivation et le fonctionnement normal tous les cinq ans. A. Eberle Africa assure également un service après-vente local. Le système est fourni avec une garantie de cinq ans et a une durée de vie prévue de 40 ans.
Surveillance de la qualité de l’énergie parallèlement à la régulation de tension »LVRSys®«
Une autre caractéristique remarquable du système de contrôle basse tension intégré est l’intégration de deux dispositifs de qualité de l’énergie »PQI-DA smart« en option, des dispositifs de mesure de classe A de haute précision conformes à la norme IEC 61000-4-30, Ed. 4. Ces appareils enregistrent et documentent en permanence les variations de la tension d’entrée et la tension de sortie régulée. Cela signifie que le fonctionnement du système est surveillé en permanence et peut être retracé à tout moment. Une mémoire intégrée de 1 Go permet une surveillance à long terme de la tension. En outre, les dispositifs de qualité de l’énergie intégrés communiquent via une interface TCP/IP avec le logiciel de système orienté base de données »WebPQ« , qui assure l’évaluation et l’analyse complètes des données.
Mise en service réussie de »LVRSys®«
Le »LVRSys®« a été mis en service avec succès par A. Eberle Africa en juillet 2024. Depuis, le système fonctionne de manière fiable et sans problème. La conception conviviale signifie également que la mise en service peut être effectuée indépendamment par le client final si nécessaire. Dans ce cas, une formation à l’exploitation et à la maintenance a été proposée en parallèle afin de garantir une utilisation optimale et une fiabilité opérationnelle à long terme
»LVRSys®« – Cas d’utilisation d’un centre de données
Client: Siemens Proprietary Limited South Africa
Nous nous concentrons sur la poursuite du développement de technologies innovantes, la conception de voies de décarbonisation et la mise en place de systèmes renouvelables circulaires pour une transformation durable. C’est maintenant qu’il faut jeter les bases d’une transition énergétique réussie d’ici 2040. Nous avons la possibilité d’y parvenir c’est le bon moment pour agir, et Siemens Afrique montre l’exemple.
Installation »LVRSys®«
Siemens Proprietary Limited South Africa
300 Janadel Avenue
1685 Midrand, South Africa
07/2024
Pilotprojekt in Südafrika im Rahmen des RES-Programms
Application : Stabilisation de la tension des infrastructures critiques – Centre de données
Les normes EN 50160 et NRS048 définissent, entre autres, les plages de tension admissibles à l’intérieur desquelles la tension du réseau doit rester. La tolérance autorisée est de ±10 % par rapport à la tension nominale UN_U_NUN (conducteur 400 V phase à phase), ce qui signifie une fluctuation de tension autorisée de 80 V autour de la valeur nominale. Les machines, les entraînements et les systèmes d’éclairage fonctionnent de manière optimale lorsque la tension appliquée correspond au point de fonctionnement optimal – généralement la tension nominale du réseau d’alimentation. Si la tension s’en écarte, l’efficacité et la durée de vie des entraînements électriques sont réduites. Les systèmes d’éclairage en particulier, tels que les LED, sont sensibles aux écarts de tension, ce qui réduit considérablement leur durée de vie. Dans les applications industrielles, les stabilisateurs de tension dont le temps de réponse est inférieur à 30 millisecondes peuvent être configurés pour résoudre ces problèmes. Les systèmes et machines industriels fonctionnent généralement avec une alimentation triphasée. Les systèmes industriels triphasés fonctionnent le plus efficacement à la tension nominale UN_U_NUN (par exemple, 230 V ligne à neutre), ce qui permet de réaliser des économies d’énergie. Le contrôle de la tension corrige les asymétries entre L1/L2/L3, ce qui améliore le rendement et prolonge la durée de vie des composants (par exemple, en réduisant le nombre de cycles alternatifs pour les balais de moteur).
brosses du moteur).
Solution technique A. Eberle »LVRSys®«
250 kVA ±10 % (180.1000.4019 355 A ±10 %)
»LVRSys®« – Scénarios d’application pour les services publics (EVU)
Expertise en matière de réglementation de la basse tension
L’Allemagne et l’Europe, mais aussi de plus en plus d’autres pays qui font systématiquement avancer la transition énergétique, sont confrontés au défi de garantir une tension de réseau stable au niveau de la basse tension. Des solutions intelligentes de régulation de la tension sont essentielles pour retarder l’expansion coûteuse du réseau ou, en fonction de la planification future du réseau local, pour l’éviter complètement..
Développement du réseau à basse tension sur plusieurs années – croissance des énergies renouvelables, des pompes à chaleur et de l’e-mobilité – et extension classique mais coûteuse du réseau.
Réseau basse tension – solution flexible et intelligente avec un système de contrôle basse tension »LVRSys®«.
Le système de contrôle basse tension »LVRSys®« offre une alternative efficace aux extensions de lignes conventionnelles en les reportant ou même en les évitant complètement. Son utilisation économique est judicieuse dans presque tous les réseaux à basse tension. Alors que les investissements dans de nouvelles lignes immobilisent du capital pendant des décennies, »LVRSys®« nécessite des investissements relativement faibles, qui peuvent également être utilisés de manière flexible et indépendamment de l’emplacement. Si la structure du réseau change fondamentalement, le système peut facilement être déplacé sur un autre site et continuer à être utilisé.
Autores
Till Sybel: Managing Director A. Eberle Africa (Pty) Ltd.
Nhlanhla Mbuli, PrEng, FSAIEE, SMIEEE: University of South Africa, Department of Electrical and Smart System Engineering
Marco Rahner: Siemens Proprietary Limited South Africa Smart Infrastructure Sales RC-ZA SI S
Brian Howarth: Managing Director A. Eberle Africa (Pty) Ltd.
Ce projet est financé dans le cadre du programme Solutions d’énergie renouvelable de l’Initiative d’exportation d’énergie du ministère fédéral de l’Économie et de la Protection du climat.
