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Des supraconducteurs pour câbler un réseau plus intelligent
Un hub proposé pour connecter les trois réseaux électriques indépendants qui s'étendent sur la zone continentale des États-Unis pourrait faciliter la montée en puissance de la production d'électricité renouvelable.
Puissance froide : Ces fils supraconducteurs constituent la base des câbles d'alimentation qui transportent beaucoup plus d'énergie que les câbles de cuivre conventionnels.
Le projet, appelé Tres Amigas Superstation, utiliserait des pipelines supraconducteurs et des stations de conversion pour connecter trois réseaux : les interconnexions Ouest, Est et Texas. Les connexions entre les réseaux ont été limitées car les réseaux ne sont pas synchronisés - le courant alternatif est déphasé. Des stations spéciales qui convertissent le courant alternatif en courant continu puis de nouveau en courant alternatif dans la phase correcte sont nécessaires pour déplacer le courant d'un réseau à un autre.
Seule une fraction de 1 % de l'électricité produite aux États-Unis peut actuellement être transférée entre les réseaux, et il n'y a pas de connexion directe entre le Texas et le réseau occidental. La station Tres Amigas, qui connectera pour la première fois les trois réseaux au même endroit, fera dans un premier temps plus que doubler la capacité de transfert d'électricité entre eux, fournissant une capacité de cinq gigawatts. À terme, la station devrait transférer jusqu'à 30 gigawatts de puissance.
La station résoudra une multitude de problèmes liés aux énergies renouvelables, a déclaré Phil Harris, PDG de la société Tres Amigas, basée à Santa Fe, au Nouveau-Mexique. Principalement, cela aidera à résoudre un problème clé avec les sources d'énergie renouvelables : leur intermittence. Parce que le vent va et vient et que les nuages bloquent le soleil de temps en temps, l'énergie éolienne et solaire peut déstabiliser le réseau électrique.
Une façon de compenser est de s'assurer qu'aucune source renouvelable ne représente une trop grande partie du mix électrique total, afin que d'autres sources puissent facilement se substituer en cas de baisse de puissance. Au Texas, cependant, cette stratégie permettrait de limiter rapidement la taille des parcs éoliens, car le réseau y est relativement petit. En se connectant au reste du pays, Tres Amigas supprime la limite de taille de ces fermes.
L'intermittence peut également être résolue en rassemblant de l'énergie renouvelable sur une vaste zone. De cette façon, une baisse de l'énergie solaire due à un jour nuageux dans une région pourrait être compensée par le vent ou le solaire ailleurs. Le raccordement des trois réseaux permet de puiser dans une plus grande variété de sources renouvelables, notamment dans le Sud-Ouest, qui est divisé par les frontières qui les séparent. La station fournira également entre 50 et 150 mégawatts de stockage par batterie pour atténuer les fluctuations de puissance sur le réseau et aider à prévenir les pannes.
Le projet pourrait également être un terrain d'essai précieux pour les lignes de transmission supraconductrices à courant continu, qui pourraient présenter des avantages significatifs par rapport aux lignes électriques conventionnelles pour fournir de grandes quantités d'énergie sur de longues distances, a déclaré Steven Eckroad, chef de projet à Palo Alto, en Californie. Institut de recherche sur l'énergie électrique (EPRI), qui étudie le potentiel des supraconducteurs pour la transmission à longue distance. De telles lignes de transport pourraient capter l'énergie éolienne du Midwest, où elle est abondante, et la transmettre au Sud, qui dispose de moins de ressources renouvelables.
Changement de puissance : L'électricité entre dans la station Tres Amigas à partir de trois réseaux électriques et circule à l'intérieur d'un pipeline supraconducteur dont les trois réseaux peuvent puiser.
Pour connecter les trois réseaux, il fallait un endroit où ils étaient géographiquement proches les uns des autres - dans le cas de Tres Amigas, une bande de terre de 60 kilomètres carrés près de Clovis, dans le Nouveau-Mexique. Comme pour les connexions conventionnelles entre les réseaux, le système convertit le courant alternatif en courant continu. Mais contrairement aux connexions bidirectionnelles conventionnelles, chez Tres Amigas, ce courant continu circulera ensuite dans des câbles supraconducteurs qui forment un pipeline électrique triangulaire. N'importe lequel des trois réseaux peut en tirer de l'énergie, selon les besoins.
Fournir cinq gigawatts, et finalement 30 gigawatts, de capacité de transfert entre les trois réseaux nécessitait l'utilisation de lignes supraconductrices à courant continu, ce qui réduisait considérablement le nombre de câbles nécessaires pour transporter l'électricité - un seul câble supraconducteur peut transporter la même puissance que neuf ou dix ensembles de câbles en cuivre conventionnels. Si les câbles conventionnels avaient été suspendus au-dessus de leur tête, ils auraient, ainsi que les lignes de transmission entrantes et sortantes, créé un nid de rats vulnérable aux intempéries et au sabotage, explique Jack McCall, directeur du développement commercial chez Devens, dans le MA, American Superconductor, qui fournit les câbles supraconducteurs.
L'enfouissement des câbles conventionnels augmenterait la complexité et la taille du projet, car les câbles devraient être séparés de plusieurs mètres pour éviter la surchauffe. Au début, un seul câble supraconducteur serait nécessaire, simplifiant considérablement le système par rapport à l'utilisation de câbles conventionnels. Au fur et à mesure de l'extension de Tres Amigas, davantage de câbles seront nécessaires, mais ceux-ci peuvent être enterrés à proximité les uns des autres.
En plus de connecter les trois réseaux, Tres Amigas servira de démonstration du type de lignes supraconductrices CC et de convertisseurs CA/CC qui seraient nécessaires pour les lignes de transmission à haute puissance et longue distance – le pipeline supraconducteur qu'EPRI a étudié. Un tel système pourrait être plus facile à implanter que les lignes de transmission aériennes à haute puissance conventionnelles : les câbles supraconducteurs peuvent être enterrés le long des emprises existantes, comme le long des autoroutes interétatiques. Convaincre les propriétaires fonciers d'autoriser les grandes tours de transmission aériennes est l'un des plus grands obstacles à l'installation de lignes de transmission conventionnelles, et cela pourrait contrecarrer les efforts visant à développer un système de distribution d'énergie éolienne à partir du Midwest. Les lignes de transmission supraconductrices pourraient également être plus faciles à intégrer au réseau existant, car la quantité d'énergie convertie du courant continu en courant alternatif aux stations le long de la ligne pourrait être contrôlée avec précision.
Selon l'analyse de l'EPRI, un pipeline supraconducteur coûterait à peu près autant qu'une ligne de transmission conventionnelle, si le système supraconducteur était conçu pour transmettre de grandes quantités d'énergie (supérieures à cinq gigawatts) sur de longues distances (environ 1 000 milles). Cela s'explique en partie par le fait que le coût de réfrigération des lignes supraconductrices (nécessaires pour maintenir leurs propriétés supraconductrices) devient une petite part des coûts totaux du système. De plus, sur de longues distances, l'efficacité plus élevée des systèmes supraconducteurs est importante – environ la moitié de l'énergie est gaspillée par rapport aux lignes électriques conventionnelles à haute puissance et longue distance.
Mais c'est une technologie que les entreprises ne connaissent pas, et elles peuvent donc être réticentes à la déployer à l'échelle requise pour qu'elle soit compétitive en termes de coûts, explique Eckroad. Le projet Tres Amigas pourrait être important pour démontrer que la technologie fonctionne, dit-il.
McCall dit que Tres Amigas prévoit de déposer une demande auprès de la Commission fédérale de réglementation de l'énergie dans les semaines à venir – lever cet obstacle réglementaire est la prochaine étape pour l'entreprise. Si cela se passe bien, le système initial de cinq gigawatts pourrait être achevé d'ici la fin de 2014.