De nombreux travaux sont en cours sur le système de distribution d’électricité pour aider le monde à passer des combustibles fossiles aux énergies propres. Le réseau doit être modernisé, de ses réseaux de distribution à ses systèmes de transport en vrac. Partout dans le monde, des propositions ont été faites pour établir des couloirs de transport, rénover les lignes de distribution et augmenter la capacité globale du système. La demande croissante d’électricité dans le monde entier aggrave ces défis, mais le problème de 360 kilos qui pèse lourd dans la pièce est le système de transport en vrac vieillissant du réseau.
En matière de vieillissement des infrastructures, le système de distribution d’électricité est en tête de peloton. Il a été identifié comme une cible majeure à rénover et à améliorer. L’année dernière, l’AIE (Agence internationale de l’énergie) a publié un rapport intitulé « Réseaux électriques et transitions énergétiques sécurisées ». Il a choqué les lecteurs en affirmant que le monde devait ajouter ou rénover plus de 80 millions de kilomètres de lignes de transmission d’ici 2040 pour atteindre les objectifs de décarbonisation. Le rapport de l’AIE poursuit en disant : « Cela équivaut à l’ensemble du réseau mondial existant. »
Le simple fait de penser à construire et/ou à rénover des milliers de kilomètres peut être une responsabilité intimidante. L’étude de l’AIE n’est pas le seul rapport attirant l’attention qui a été publié récemment sur la nécessité d’améliorer la robustesse des systèmes de transport d’électricité du monde entier. Chaque étude propose une approche légèrement différente, mais les conclusions sont à peu près les mêmes. Il faut faire quelque chose pour le système de transport d’électricité dans son ensemble et cela doit se faire rapidement. L’objectif de l’AIE de 2040 a été accueilli avec scepticisme par les services publics, les opérateurs de systèmes indépendants (ISO) et les organisations régionales de transport (RTO).
Ils savent que la construction d’un seul projet de transport d’électricité à grande échelle et à haute tension peut prendre plus de dix ans. Imaginez l’effet que de multiples projets de transport d’électricité à grande échelle menés simultanément dans le monde entier auraient sur l’industrie. Les problèmes de chaîne d’approvisionnement seraient à eux seuls insurmontables, sans parler de leur coût. Ne serait-il pas formidable qu’une technologie permettant d’augmenter la capacité de transport et de moderniser simultanément l’infrastructure de transport soit disponible ?
Capacité de transfert
Et bien, c’est le cas, grâce aux progrès des technologies de câblage. Les conducteurs modernes ont été développés pour atteindre la capacité de puissance maximale avec la plus faible flèche et la plus grande résistance à la traction. C’est ce qu’on appelle la technologie avancée des conducteurs, mais elle couvre de nombreuses applications. Le plus intéressant pour cette discussion est la partie des conducteurs aériens. Ils suscitent l’intérêt du secteur de la distribution d’électricité pour les projets de construction et de reconduction. La vitesse étant une considération majeure, concentrons-nous sur la reconduction des lignes de transmission existantes comme notre principal intérêt.
Il y a quelques mois, la FERC (Federal Energy Regulatory Commission) a publié son ordonnance n° 1920, « Building for the Future Through Electric Regional Transmission Planning and Cost Allocation ». L’ordonnance 1920 aborde de nombreuses questions cruciales qui touchent le réseau de transport. Fondamentalement, l’ordonnance 1920 d’environ 1 300 pages aborde les solutions à ce que la FERC considère comme les déficiences des processus existants en matière de planification, de construction et de financement des installations de transport nécessaires aujourd’hui et à l’avenir.
L’une des réformes les plus intéressantes concerne les technologies de transmission alternatives. Les fournisseurs doivent inclure ces technologies lors de l’évaluation de nouvelles installations de transmission régionales et de la mise à niveau des installations existantes. Les fournisseurs sont définis comme des ISO, des RTO et des services publics non inclus dans les ISO ou les RTO. Cela va jusqu’à dire que les fournisseurs doivent expliquer pourquoi ou pourquoi ces technologies ont été intégrées dans les installations de transmission sélectionnées.
Science des matériaux modernes
Les mises à niveau mentionnées dans l’ordonnance 1920 comprennent également la remise à neuf des lignes de transmission existantes. Logiquement, les conducteurs avancés devraient être la technologie de référence lorsqu’il s’agit de moderniser les installations de transmission. Les conducteurs avancés modernes tirent parti des dernières innovations pour augmenter la quantité d’énergie qu’ils peuvent acheminer vers le marché. La FERC indique que les conducteurs avancés comprennent, sans s’y limiter, « les câbles supraconducteurs, les conducteurs composites avancés, les noyaux en acier avancés, les conducteurs à faible affaissement et à haute température, les conducteurs à détection de température par fibre optique et les conducteurs aériens avancés ».
Restons concentrés sur les conducteurs aériens avancés. Cela permettrait d’examiner en profondeur cette technologie de câblage. L’étude récente réalisée par l’Idaho National Laboratory (INL) est un bon point de départ. Elle s’intitule « Advanced Conductor Scan Report » et est disponible sur le site Web de l’INL pour toute personne intéressée.
L’examen du rapport de l’INL a révélé quelques détails intéressants concernant ces fils innovants. Bon nombre des conducteurs avancés répertoriés par l’INL devraient être familiers aux lecteurs. Il s’agit notamment de l’ACSR (conducteur en aluminium renforcé d’acier), de l’AAC (conducteur tout aluminium), de l’ACSS/TW (conducteur en aluminium renforcé d’acier), de l’AAAC (conducteur tout alliage aluminium), pour n’en citer que quelques-uns. Il existe cependant une certaine controverse à leur sujet.
Certains experts affirment que ces conducteurs ne sont rien de plus que des conducteurs aériens améliorés. D’autres affirment que tout est une question de science des matériaux de pointe qui améliore les conducteurs modernes. La FERC le dit mieux que quiconque : « Les conducteurs avancés comprennent les technologies de lignes de transmission actuelles et futures dont les capacités de flux de puissance dépassent celles des conducteurs en aluminium classiques renforcés d’acier », ce qui semble suffisant.
Technologies dynamiques
Le rapport de l’INL indique : « Une caractéristique clé des conducteurs avancés est leur capacité à supporter les températures élevées des conducteurs qui se produisent lorsqu’ils sont fortement chargés sans affaissement thermique excessif. » Il souligne également que la reconduction améliore les performances des lignes à un coût bien inférieur avec moins d’impact sur les communautés que la nouvelle construction et c’est beaucoup plus rapide. Ce serait un bon endroit pour obtenir l’avis d’un expert sur les conducteurs avancés et toutes les ramifications de cet arbre généalogique technologique. « Charging Ahead » a contacté Daniel Berkowitz, Strategic Market Manager de Bekaert, pour discuter de ce sujet complexe et connaître son point de vue sur la technologie des conducteurs avancés et sur la place des conducteurs familiers comme l’ACSR dans le schéma des choses.
Berkowitz a commencé notre discussion en disant : « Comme vous le savez, ACSR est un terme très générique. Le conducteur ACSR/GA2 traditionnel est un conducteur avec un noyau en acier de classe de résistance 2 avec revêtement en zinc standard. Il est disponible en différentes tailles et est excellent en termes de coût et de robustesse. C’est ce dont le réseau est généralement équipé. Les noyaux en acier avancés que nous développons peuvent bien sûr être utilisés dans un conducteur ACSR ou ACSS. Cependant, les fabricants de conducteurs ont tendance à utiliser le revêtement Bezinal (95 % de zinc, 5 % d’aluminium) avec un noyau en acier de classe de résistance 5 (parfois appelé « ultra ») dans le conducteur ACSS/TW/MA5. L’Europe utilise déjà des noyaux encore plus résistants comme les classes de résistance 7 et 8 (« méga » et « giga » respectivement). Nous obtenons ces résistances en partie en ajoutant plus de carbone à l’acier. Cela contribue à la résistance à la rupture nominale d’un conducteur et permet au service public de tendre le conducteur avec plus de tension. »
Berkowitz a expliqué : « L’un des objectifs du programme de modernisation des infrastructures de transmission du gouvernement est d’ajouter environ 100 000 miles (160 935 km) de lignes au cours des dix prochaines années. Compte tenu des problèmes de réglementation et d’autorisation, ainsi que de l’acquisition de droits de passage, des problèmes de chaîne d’approvisionnement, etc., il s’agit d’un objectif très ambitieux. Cependant, la réfection des lignes de transmission existantes avec des conducteurs avancés peut éliminer ou réduire ces problèmes. La réfection utilise les droits de passage et les pylônes existants. De plus, la majorité des autres composants existants sont utilisables, ce qui permet d’économiser du temps et de l’argent. »
Berkowitz a poursuivi : « Des études ont été réalisées en utilisant une variété de conducteurs avancés remplaçant des conducteurs traditionnels similaires utilisés sur les lignes de transmission existantes. Les résultats ont été extrêmement positifs. À titre d’exemple, un cas a comparé le remplacement d’une ligne de transmission à conducteur ACSR traditionnel existant par un conducteur avancé ACSS/TW (note de l’éditeur – fil trapézoïdal). L’ACSS/TW avait une résistance plus élevée et un revêtement métallique avancé. Il avait le même diamètre que le conducteur d’origine. Les résultats ont indiqué que les caractéristiques de la ligne de transmission reconduite étaient améliorées et que la capacité avait été augmentée de 218 %. Le réseau de transmission de demain doit avoir une efficacité supérieure à celle du système actuel. Les conducteurs avancés sont l’un des outils les plus rentables et les plus efficaces dans la boîte à outils d’un service public. »
Approche holistique
Il existe un vieux conte populaire sur la façon de manger un éléphant. On dit qu’il faut le faire une bouchée à la fois. C’est la démarche à suivre pour ajouter ou rénover 80 millions de kilomètres de lignes électriques. Certes, la construction d’une nouvelle ligne électrique peut être longue et coûteuse, mais elle est nécessaire. Et qu’en est-il de toutes les lignes électriques existantes encombrées ? Il faut également s’y attaquer, car les nouvelles constructions ne vont pas très loin. Pourquoi ne pas adopter une approche holistique ?
En plus des nouvelles lignes électriques, il faut également prévoir la réfection des lignes de transmission existantes. Cela permet non seulement de soulager la congestion, mais aussi d’obtenir un meilleur rapport qualité-prix ! Un conducteur avancé et performant comme l’ACSS/TW évoqué dans l’exemple ci-dessus a augmenté la capacité de cette ligne existante de 218 %. C’est l’équivalent de la capacité de deux lignes de transmission sur une seule emprise. Dans la plupart des cas, la réfection coûte moins d’un tiers de la construction d’une nouvelle ligne et peut généralement être réalisée en quelques mois plutôt qu’en quelques années. Si l’on ajoute la technologie de classification dynamique des lignes, on obtient une capacité supplémentaire de 30 à 40 %. La technologie des câbles est une solution gagnante pour le réseau de distribution et de transmission, ainsi que pour les fournisseurs et les clients !
