Convertisseurs moyenne tension :une alternative rentable aux transformateurs de réseau

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Les convertisseurs moyenne tension pourraient offrir un moyen plus abordable et plus efficace de transporter l’électricité des centrales électriques vers les foyers et les entreprises. Le nouveau banc d’essai du NREL pourrait contribuer à faire progresser ces technologies prometteuses. (Image :Josh Bauer, NREL).

Pour tout électrifier, des véhicules aux systèmes de chauffage en passant par les cuisinières, le réseau américain doit s’étendre d’environ 57 % et devenir également plus flexible. Les énergies solaire et éolienne sont les énergies renouvelables les plus susceptibles de dominer un futur réseau d’énergie propre. Mais on les trouve principalement dans des zones reculées, loin des pôles qui ont besoin de leur électricité, ce qui constitue une charge pour le système de transport.

Au cours des quatre dernières années, l'équipe NREL a construit un banc d'essai pour étudier les convertisseurs dos-à-dos moyenne tension (1 kV à 35 kV), qui pourraient remplacer les transformateurs moyenne tension pour une fraction du poids et du coût.

"Il s'agit d'un nouveau type d'équipement qui ouvre une toute nouvelle façon aux services publics de gérer leurs systèmes de distribution", a déclaré Barry Mather, chercheur au NREL. "Des niveaux beaucoup plus élevés de ressources énergétiques distribuées pourraient être mis sur un circuit si vous aviez ce dispositif supplémentaire dans le système."

"Le réseau américain n'est pas unique", a déclaré Mather. « Nous avons une distribution moyenne tension qui se situe assez près de nos clients. » Les alimentations moyenne tension alimentent un transformateur local qui la réduit aux niveaux domestiques standard de 208/120 volts.

Supposons qu’une branche d’arbre tombe sur une ligne électrique, coupant ainsi l’électricité d’un quartier. Aujourd'hui, un employé d'un service public peut ouvrir et fermer les interrupteurs d'un transformateur pour déplacer l'alimentation d'une ligne proche vers celle perturbée et rétablir au moins une partie de l'alimentation pendant que les ouvriers retirent l'arbre. Mais si nous parvenons à remplacer un transformateur par un convertisseur dos-à-dos, l'alimentation pourrait être redirigée automatiquement, réduisant ainsi les temps de panne.

Le partage du pouvoir n’est pas seulement bénéfique en cas d’urgence. De nombreux panneaux solaires sur les toits actuels doivent d’abord convertir leur énergie en basse tension, puis en moyenne tension. Avec les convertisseurs moyenne tension, cette énergie peut éviter un obstacle inutile.

"C'est un peu comme un arbitrage de pouvoir à travers le système de distribution", a déclaré Mather. "Cela vous permet d'atténuer de nombreux impacts des ressources distribuées, en particulier l'énergie solaire."

En bref, les convertisseurs moyenne tension pourraient aider les services publics à contrôler en toute sécurité comment et où l’électricité circule dans les réseaux locaux. Et cela pourrait contribuer à rendre un futur réseau d’énergie propre à la fois résilient et fiable.

Les convertisseurs moyenne tension constituent encore une technologie relativement nouvelle. Cela signifie qu'ils doivent subir des tests approfondis pour garantir qu'ils sont efficaces, abordables et suffisamment sûrs pour être introduits dans le réseau électrique américain.

Mais il n’est pas facile de les construire ou de les étudier. "La liste de contrôle pour les procédures de démarrage, d'exploitation et d'arrêt a dû être écrite et réécrite", a déclaré Ramanathan Thiagarajan, ingénieur de recherche au NREL.

Pour le banc d'essai NREL, l'équipe a construit une réplique du type de système électrique qui pourrait bénéficier de ses convertisseurs moyenne tension. La sécurité – pour l’équipage mais aussi pour le prototype – était la priorité absolue de l’équipe. L'ensemble du banc d'essai, qui occupe un espace de la taille d'un bus urbain, est entouré d'une clôture noire.

Les partenaires académiques de l’équipe ont construit un prototype :un convertisseur de puissance à base de carbure de silicium de 10 kilovolts conçu pour fonctionner dos à dos avec son jumeau. Lorsque les chercheurs étaient prêts à brancher le prototype sur leur réplique de réseau, ils ont augmenté la tension petit à petit jusqu'à atteindre la plage moyenne tension. Le prototype était trop précieux (et coûteux) pour risquer d'être endommagé par une surtension.

"Nous avons atteint la plage de 5 kilovolts", a déclaré Mather. "Ce n'est pas un chiffre énorme, mais c'est plus élevé que celui auquel quiconque a opéré."

Ensuite, ils prévoient d’ouvrir leur banc d’essai à davantage de recherches sur la manière dont les dispositifs moyenne tension pourraient aider le réseau à s’adapter ou à s’appuyer sur l’hydrogène comme autre source d’énergie propre. L’équipe NREL espère également atteindre des tensions encore plus élevées dans une toute nouvelle installation. "La conversion d'énergie moyenne tension en général semble approcher à grands pas", a déclaré Mather. "Nous allons voir de plus en plus de candidatures et de plus en plus de personnes intéressées par cela.

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