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COMPENSATIOND’ÉNERGIE RÉACTIVE

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

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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.

Accroître l’efficacité énergétique

par la compensation d’énergie réactive

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Des enjeux majeurs

Dans l’intérêt de tous

Quelques chiffres

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 inves-tissement d’un équipement de compensation de réactif est généralement de 1� à 18 mois. Par ailleurs, des avantages fis-caux sont prévus pour permettre l’amortissement des matériels destinés à économiser l’énergie.

Un modèle de calcul pour les pertes dans les réseaux de trans-port 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 mi-nimale et ne peut que s’accroître dans le temps.

Que représente exactement une augmentation de l’Efficacité Energétique de 48 TWh ?

48 TWh =

4 100 000

13 600 000

4444

15

4

ménages (consommation d’énergie)

générateurs éoliens

tonnes équivalent pétrole

tonnes de CO2

centrales au gaz

centrales nucléaires

19 000 000

4

PrincipeLe 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.

Sans compensation d’énergie réactiveConsidérons 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 : 0,7Puissance apparente S : 714 kVA (délivrée)

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 ?

En construction vectorielle :Puissance apparente : S� = P� + Q�

Puissance active : P = S. cos φPuissance réactive : Q = S. sin φ

Exemple

φ

P (kW)

Q (kvar)S (kVA)

Génération d’électricité Moteur

Energie active

Energie réactive facturée par le

distributeur

714 kVA

500 kW

510 kvar

5

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 puis-sance 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).

Le bilan de puissance devient :

Puissance active P : 500 kW (utile)Puissance réactive Q du moteur: 510 kvar (inductif)Puissance réactive capacitive Qc : �45 kvar (capacitif)

cos φ (après compensation) : 0,95Puissance réactive résultante : 165 kvarPuissance 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.

Sans compensation d’énergie réactive

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

Avec compensation d’énergie réactive

Mise en œuvre

φ

P

QS

Comment obtient-on ces valeurs ?

La puissance réactive inductive du moteur est compensée par la puissance réactive capacitive Qc. La puissance apparente est ainsi réduite de S à S’.

Qc

S’QRÉSULTANTE

Génération d’électricité Moteur

Aucune énergie réactive facturée

345 kvar

526 kVABatterie de

condensateurs

Energie active 500 kW

165 kVAR

6

Réalisations-type

Exemple de coffret de compensation décentralisé

Régulateur

Exemple de bloc condensateurs de compensation

Contacteurs

Condensateurs

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).

7

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.

Exemple d’armoire de compensation centralisée

Une technologie éprouvée

Groupement des industries de l’équipement électrique, du contrôle-commande et des services associés11-17 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

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

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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 BLANCDes industriels au service de l’intelligence énergétique

ÉFFICACITE ENERGÉTIQUEBâtiment – Infrastructures – Industrie

Des propositions concrètes pour la mise en œuvre du Grenelle de l’Environnement et du plan Climat Energie