Compensation d'énergie réactive - Schneider Electric

Une solution éco-performante
qui peut immédiatement contribuer à atteindre
les objectifs fixés par le Grenelle de l’Environnement
La
OMPENSATION
D’ÉNERGIE RÉACTIVE

Accroître l’efficacité énergétique
par la compensation
d’énergie réactive
La conservation des ressources naturelles est un
objectif fondamental et l’accroissement de l’efficacité
énergétique un des principaux objectifs des politiques
européenne et nationale.
L’usage des équipements de compensation d’énergie
réactive constitue un gisement d’économies, disposition
qui réduirait sans délai et sensiblement la consommation
énergétique et donc les émissions de CO .
Avec la compensation d’énergie réactive d’une
installation, il est possible d’obtenir une situation dans
laquelle seule la puissance active (utile) est transportée,
tant dans les réseaux de transport et de distribution que
dans les réseaux des clients.

Des enjeux majeurs
Dans l’intérêt de tous
Producteur, transporteur,
distributeur d’énergie, client
final : chaque acteur du monde
électrique peut tirer bénéfice de
cette solution technologique. Il y
a convergence d’intérêt tout au
long de la chaîne de valeur :
• Réduction des pertes
d’énergie par effet Joule par la
diminution de l’intensité dans
les conducteurs en amont du
système de compensation.
• Réduction des chutes de
tension en bout de ligne.
• Augmentation de la puissance
active disponible pour une
même installation.
• Limitation des appels d’énergie
sur le réseau en incitant les
utilisateurs à bien compenser
toute l’année.
• Régulation de la compensation
des grosses unités à un seuil
adapté en fonction des besoins
du distributeur.
• Suppression de la facturation
d’énergie réactive.
Le délai de retour sur investissement
d’un équipement de
compensation de réactif est
généralement de 1 à 18 mois.
Par ailleurs, des avantages fiscaux
sont prévus pour permettre
l’amortissement des matériels
destinés à économiser l’énergie.
Quelques chiffres
Un modèle de calcul pour les
pertes dans les réseaux de transport
et de distribution ainsi que
pour les réseaux de l’industrie et
des services a été établi sur la
base d’hypothèses retenues par
la Commission Européenne.
Le calcul montre qu’en relevant le
facteur de puissance cos φ à 0,95,
la compensation d’énergie réactive
se traduit au plan européen par
un potentiel d’économies d’énergie
de 48 TWh par an. Ce potentiel
s’appuie sur une hypothèse minimale
et ne peut que s’accroître
dans le temps.
Que représente exactement une
augmentation de l’Efficacité
Energétique de 48 TWh ?
48 TWh =
19 000 000
tonnes de CO 2
4 100 000
tonnes équivalent pétrole
13 600 000
ménages (consommation d’énergie)
4444
générateurs éoliens
15
centrales au gaz
4
centrales nucléaires

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Principe
Le bilan
de puissance
Certains appareils électriques,
notamment les moteurs à
courant alternatif, absorbent
à la fois de la puissance active
et de la puissance réactive. La
puissance active est transformée
en puissance mécanique utile,
tandis que la puissance réactive
assure le maintien du champ
magnétique dans les bobinages.
Cette puissance réactive est
transférée dans les deux
directions entre le générateur
et la charge.
L’addition vectorielle de la
puissance active P et de la
puissance réactive Q donne la
puissance apparente S.
Les producteurs d’électricité et
les opérateurs de réseaux doivent
transmettre cette puissance
apparente et la rendre disponible.
En conséquence, les générateurs,
transformateurs, lignes
électriques, appareillages, etc.
doivent être dimensionnés pour
une puissance plus importante
que si la charge absorbait
seulement une puissance active.
Exemple
Sans compensation
d’énergie réactive
Considérons un moteur triphasé développant une
puissance active de 500 kW et caractérisé par un cos φ
égal à 0,7. En l’absence de compensation, le bilan de
puissance est le suivant :
Puissance active P : 500 kW (utile)
Puissance réactive Q : 510 kvar (inductif)
cos φ : 0,7
Puissance apparente S : 714 kVA (délivrée)
Génération
d’électricité
Energie active
Energie réactive
facturée par le
distributeur
714 kVA
Pour une puissance mécanique du moteur égale
à 500 kW, le réseau électrique doit assurer la
disponibilité d’une puissance apparente de 714 kVA,
soit 143% de la puissance active utile.
Comment obtient-on ces valeurs ?
500 kW
510 kvar
En construction vectorielle :
Puissance apparente : S = P + Q
Puissance active : P = S. cos φ
Puissance réactive : Q = S. sin φ
φ
Moteur
S (kVA)
P (kW)
Q (kvar)

Avec compensation
d’énergie réactive
Le facteur de puissance cos φ peut être corrigé par
l’installation de condensateurs aux bornes du moteur.
On élimine ainsi totalement ou partiellement la puissance
réactive à délivrer par le distributeur d’énergie.
Le moteur absorbe toujours une puissance active égale
à 500 kW, mais sa puissance réactive est partiellement
compensée par la puissance réactive capacitive fournie
par les condensateurs ( 45 kvar dans notre exemple).
Génération
d’électricité
Energie active 500 kW
Aucune énergie
réactive facturée
526 kVA
165 kVAR
Le bilan de puissance devient :
Puissance active P : 500 kW (utile)
Puissance réactive Q du moteur: 510 kvar (inductif)
Puissance réactive capacitive Q c : 45 kvar (capacitif)
cos φ (après compensation) : 0,95
Puissance réactive résultante : 165 kvar
Puissance apparente S’ : 526 kVA (délivrée)
Le réseau d’alimentation ne doit plus fournir
qu’une puissance apparente égale à 5 6 kVA, soit
105% de la puissance active utile. La compensation
d’énergie réactive a permis de réduire de 26% la
puissance à transmettre.
Comment obtient-on ces valeurs ?
La puissance réactive inductive du moteur
est compensée par la puissance réactive
capacitive Q c . La puissance apparente est
ainsi réduite de S à S’.
S
Moteur
Batterie de
condensateurs
345 kvar
φ
P
S’
Q
Q c
Q RÉSULTANTE
Mise en œuvre
La mise en oeuvre d’une
compensation d’énergie réactive
se décline généralement de la
façon suivante :
• Analyse des factures du
fournisseur d’énergie et
identification du montant de la
prime sur l’énergie réactive
• Prise de mesures et
analyse des paramètres
d’exploitation en différents
points de l’installation :
courants, tensions, puissance,
harmoniques, etc.
• Analyse de la structure du
réseau et des cycles de
fonctionnement des charges
• Détermination du besoin
de régulation des batteries
de condensateur et, dans
l’affirmative, choix du mode de
régulation : électromécanique
ou électronique
• Dimensionnement de la
batterie de compensation avec
prise en compte du degré de
pollution harmonique pouvant
impliquer un équipement
complémentaire de filtrage
• Mise en service et mesure
de l’impact des équipements
installés
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Réalisations-type
Les systèmes de compensation d’énergie réactive sont installés
soit à proximité de la distribution générale (pour une compensation
centralisée) soit à proximité des charges fortement inductives
(pour une compensation décentralisée).
Contacteurs
Régulateur
Condensateurs
Exemple de coffret de
compensation décentralisé
Exemple de bloc
condensateurs
de compensation

Exemple d’armoire de
compensation centralisée
Une technologie éprouvée
Les systèmes de compensation
d’énergie réactive basse tension,
bien que faisant partie intégrante
de l’installation électrique d’un
bâtiment, doivent être considérés
comme des unités autonomes.
Connectés à l’installation
existante, les systèmes
doivent pouvoir être remplacés
rapidement sans adaptation.
Par ailleurs, les systèmes de
compensation d’énergie réactive
sont de technologie éprouvée
et font l’objet d’essais de type
qui en valident la conformité et
les performances, notamment
en s’appuyant sur la famille de
normes IEC EN 61 4 9.
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Dispositions administratives
Vers le développement de façon
systématisée d’équipements de
compensation d’énergie réactive
dans l’ensemble de l’industrie
L’analyse et les orientations
suggérées par la CRE
(Commission de Régulation de
l’Electricité) parues au JO du 19
juin 009 (NOR : DEVE0911987V),
relative aux tarifs d’utilisation
des réseaux publics de transport
et de distribution d’électricité,
vont dans ce sens.
L’optimisation du facteur de
puissance et l’extension de
la période de facturation de
l’énergie réactive de 5 mois
à 1 mois, en cohérence
avec les autres pays de
l’Union Européenne, sont des
dispositions qui devraient
favoriser l’adoption généralisée
des dispositifs de compensation
d’énergie réactive.
Cette disposition constitue une
des propositions du secteur
de l’industrie vers la haute
performance énergétique et
environnementale. Elle est l’objet
d’un chapitre dédié dans le livre
blanc GIMELEC intitulé :
LIVRE BLANC
Des industriels au service de
l’intelligence énergétique
ÉFFICACITE ENERGÉTIQUE
Bâtiment – Infrastructures
– Industrie
Des propositions concrètes pour
la mise en œuvre du Grenelle
de l’Environnement et du plan
Climat Energie
Ce document a été élaboré
avec le concours
des membres de la Division
A20 « Equipements de
compensation d’énergie
réactive et de filtrage
d’harmoniques »
du Gimélec
Groupement des industries de l’équipement électrique, du contrôle-commande et des services associés
11-17 rue de l’Amiral Hamelin - 7578 Paris cedex 16 - France - Tél. : + (0) 1 45 05 70 70 - Fax : + (0) 1 47 04 68 57 - www.gimelec.fr
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