html{display:none} La Belgique intègre l’énergie éolienne offshore dans le réseau européen | Schweitzer Engineering Laboratories

La Belgique intègre l’énergie éolienne offshore dans le réseau européen

La Belgique, petit pays européen, est applaudie pour un autre produit que ses célèbres chocolats.

Un parc d’éoliennes géantes au large du littoral belge produit de l’énergie non seulement pour le continent, mais aussi pour le Royaume-Uni, situé à plus de 130 kilomètres de l’autre côté de la mer du Nord.

Malgré un délai contraignant, l’ambitieux projet d’intégration d’énergie éolienne du gestionnaire de réseau belge Elia a été concrétisé début 2019 sans le moindre souci. Par conséquent, l’énergie renouvelable produite par les éoliennes offshore profite à des millions de foyers et d’entreprises en Belgique et au-delà.

« L’intégration de notre énergie éolienne offshore dans le réseau européen a amélioré la sécurité future de l’approvisionnement en électricité d’une vaste région », déclare Rodolphe Hanuise, chef de projet chez Elia, installé à Bruxelles.

Le projet s’est concrétisé avec l’aide de Schweitzer Engineering Laboratories (SEL), dont les ingénieurs, techniciens et autres employés ont travaillé dur dans plusieurs pays pour respecter un délai très serré.

Le nouveau réseau intégré ne pouvant pas être mis en service tant que SEL n’avait pas mis en place un système de protection spécial (SPS) pour garantir une distribution stable de l’électricité, « il y avait assurément beaucoup de pression sur le délai », affirme M. Hanuise. « Les attentes étaient grandes. »

Au cours de la réunion de lancement du projet en Belgique, il se souvient de s’être demandé si SEL pouvait achever le SPS dans un délai aussi court, en particulier avec le travail technique de haute qualité qui était nécessaire.

« C’est difficile à croire maintenant, mais je ne pensais pas que ce serait possible », avoue-t-il.

Elia est le gestionnaire du réseau de transport à haute tension en Belgique et un acteur majeur sur le marché européen de l’énergie.

Les vents du changement

Environ 11,6 millions de personnes vivent en Belgique sur une superficie de 30 530 kilomètres carrés, ce qui en fait l’un des pays les plus densément peuplés d’Europe. Trois langues officielles y sont parlées : le néerlandais, le français et l’allemand. Dans la capitale, Bruxelles, se trouvent le siège de l’OTAN et le Parlement européen.

Les vallées sinueuses, les collines ondulantes et les forêts verdoyantes composent la campagne belge. Dans les zones urbaines, il n’est pas rare de voir l’architecture et les canaux médiévaux se mêler aux cafés modernes, galeries d’art et brasseries.

L’énergie éolienne récupérée en mer du Nord profite désormais à des millions de foyers et d’entreprises en Belgique.

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Malgré sa petite taille, la Belgique est un grand exportateur de produits, des automobiles aux ordinateurs en passant par les chocolats fins et la bière, ce qui contribue à son économie très développée.

Il n’y a pas si longtemps, la nation était confrontée à un vent de face. La Belgique ayant été fortement tributaire de l’énergie nucléaire pendant plus d’un demi-siècle, le gouvernement fédéral a ordonné que les sept réacteurs vieillissants du pays soient progressivement retirés d’ici 2025. Les autorités se sont également fixé comme objectif de gagner en indépendance énergétique et de réduire les émissions de carbone en diminuant les importations de combustibles fossiles et en se dotant de sources d’énergie renouvelable.

« Cela faisait partie d’un mouvement plus large visant à passer aux énergies renouvelables dans toute l’Union européenne », déclare M. Hanuise d’Elia, qui possède et exploite le réseau de transport belge et est responsable de l’importation et de l’exportation d’électricité avec les pays voisins.

Comment la Belgique pourrait-elle assurer une énergie propre et fiable pour l’avenir ?

En utilisant les vents forts et réguliers qui soufflent sur sa côte.

Une croissance alimentée par les nouvelles technologies, des coûts plus bas

Aujourd’hui, 318 éoliennes sont ancrées au large du littoral belge, faisant de la Belgique le quatrième producteur mondial d’énergie éolienne offshore, selon l’organisation industrielle WindEurope. S’élevant à une hauteur de 58 étages au-dessus de la surface de la mer du Nord, les turbines sont capables de produire 8 000 gigawatts-heures d’électricité chaque année, suffisamment pour alimenter 2 millions de foyers.

Ces puissantes structures de type ventilateur tirent parti des vents abondants et constants qui soufflent en mer, permettant aux turbines de produire une énergie continue. De plus, les turbines sont exploitées sur une zone s’étendant de 22 à 53 kilomètres de la côte. Ainsi, la vue sur la mer reste dégagée pour les Belges comme pour les touristes.

D’après M. Hanuise, ces facteurs, combinés aux progrès techniques qui réduisent considérablement les coûts de l’énergie éolienne offshore, contribuent à la popularité croissante de l’industrie en Europe.

« Le vent en mer est en train de devenir une forme d’énergie de référence ici », déclare-t-il.

Selon Rodolphe Hanuise, chef de projet chez Elia, Elia, au nom de la Belgique, s’engage à atteindre les objectifs en matière d’énergies renouvelables.

De la mer vers la Belgique et le Royaume-Uni

Comment l’énergie produite par les éoliennes peut-elle voyager sur des kilomètres pour arriver là où elle est nécessaire ? Tout d’abord, elle est transportée par des câbles enterrés le long du plancher océanique jusqu’à une plateforme offshore détenue et exploitée par Elia, comportant un poste extérieur. De là, elle se déplace sur un autre réseau de câbles sous-marins jusqu’à un poste électrique sur la côte belge.

À partir de là, elle est transportée dans le continent belge par le nouveau couloir de transport de 380 kV d’Elia. Et dans un deuxième rôle majeur, le couloir facilite jusqu’à 1 000 MW d’échange d’électricité entre la Belgique et le Royaume-Uni par l’intermédiaire d’une liaison à courant continu à haute tension (CCHT). Le projet conjoint entre Elia et le réseau électrique national du Royaume-Uni comprend un câble sous-marin qui s’étend sur 130 kilomètres le long des fonds marins.

Cependant, même si la liaison a été terminée et testée à la fin de l’année dernière, les ingénieurs ne l’ont pas mise en service tant que le SPS n’était pas en place.

« La quantité d’énergie pouvant être transportée par le couloir de transport, à la fois depuis les parcs éoliens offshore et depuis la liaison CCHT, équivaut à trois réacteurs nucléaires », explique M. Hanuise.

Cela signifie que si un orage violent déclenche un défaut, la stabilité de l’alimentation peut être compromise.

Pour éviter les pannes, un SPS était nécessaire afin de détecter les conditions anormales le long du couloir et de réagir rapidement. En fin de compte, Elia a choisi une société hors d’Europe pour assurer la fourniture de ce système.

« Nous avons choisi Schweitzer Engineering pour deux raisons principales », déclare M. Hanuise. « Ils nous ont proposé la meilleure solution avec des relais très avancés d’un point de vue technologique. Nous avons également tenu compte du fait qu’ils avaient réalisé des projets SPS comparables dans d’autres pays, comme la Géorgie et l’Uruguay, avec de très bons résultats. »

Un délai serré

Non seulement le projet SPS nécessitait un alignement parfait de l’expertise et de la technologie, mais il était également urgent. Dans leur travail de collaboration avec Elia, les services d’ingénierie SEL devaient tenir un délai de moins de 10 mois.

« Normalement, un tel projet devrait durer un an et demi, voire plus » explique Milind Malichkar, responsable technique du projet SPS chez SEL. « Nous nous sommes réunis, avons étudié le calendrier et l’avons découpé semaine après semaine, jour après jour. Nous avons analysé chaque étape pour voir comment nous pourrions gagner du temps sans sacrifier la qualité, ayant pour objectif d’utiliser des méthodes rapides et innovantes pour la livraison de solutions. »

À l’intérieur de la salle de répartition nationale d’Elia, ou salle de contrôle, Rodolphe Hanuise d’Elia et Milind Malichkar de SEL examinent un graphique de prévision de la production éolienne. Le réseau électrique de Belgique est éclairé à droite.

Ce délai contraignant était nécessaire pour protéger le réseau belge de l’instabilité une fois la liaison CCHT opérationnelle, fin janvier 2019. Mais il était également nécessaire pour éviter une éventuelle pénurie d’énergie pendant la période la plus froide de l’année en Belgique. Plusieurs réacteurs nucléaires ayant été mis hors service à des fins d’entretien, « il était essentiel que notre pays dispose d’une capacité d’importation d’électricité supplémentaire en cas de période de froid prolongée », affirme M. Hanuise.

Dans les succursales de SEL en Espagne, au Mexique et aux États-Unis, les employés de SEL se sont efforcés d’accomplir leurs tâches relatives au SPS en respectant les délais et le budget et en maintenant une haute qualité. Pour respecter la date limite du 31 janvier, M. Malichkar et l’équipe d’ingénieurs ont passé des semaines en Belgique à mettre en service le SPS.

« Beaucoup de choses dépendaient de ce projet », déclare M. Malichkar. « Il y avait un sentiment d’urgence que nous comprenions tous. »

Passer au niveau supérieur

Pendant de longues heures, les employés de la succursale de SEL au Mexique ont construit plusieurs grands panneaux, chacun équipé du matériel SEL qui comprenait le système de protection, d’automatisation et de commande de cellule SEL-451, le contrôleur d’automatisation en temps réel SEL-3555 (RTAC) et l’Axion SEL-2240 pour la commande logique.

Des spécialistes ont également installé un appareil doté d’une technologie qui distinguerait le système de protection d’Elia des autres : le commutateur de réseau piloté par logiciel SEL-2740S. Le commutateur et son logiciel associé fournissent une mise en réseau pilotée par logiciel (SDN, Software-Defined Networking) pour permettre un échange de données sécurisé et efficace entre les réseaux des postes électriques.

En 2016, SEL a été la première entreprise à proposer une solution SDN conçue pour les postes électriques. Trois ans plus tard, ses ingénieurs appliquaient cette solution d’une nouvelle manière pour Elia.

« C’était la première fois que nous utilisions les communications SDN dans un projet SPS », déclare Derek DeWald, chef de projet chez SEL. « Cela nécessitait une intégration du matériel et des logiciels d’une manière inédite. »

La SDN, préprogrammée pour répondre aux besoins d’Elia, permet de fournir des communications de poste électrique à poste électrique et une surveillance de l’état par messagerie GOOSE à haute vitesse. Le protocole GOOSE devient de plus en plus courant, car un nombre croissant d’entreprises de services publics d’électricité se conforment à la norme internationale CEI 61850 basée sur Ethernet pour les réseaux de communication dans les postes électriques.

La solution SDN de SEL est basée sur Ethernet avec une sécurité, un contrôle et des performances plus élevés que les réseaux traditionnels.

En savoir plus sur la SDN

La mise en réseau pilotée par logiciel (SDN, Software-Defined Networking) a été intégrée au projet SPS afin d’améliorer la cybersécurité.

Des résultats surprenants

Alors qu’en Belgique, les feuilles se paraient d’or et de rouge, les panneaux étaient terminés dans la succursale de SEL au Mexique, puis testés sur leur qualité. Ils ont ensuite été expédiés au siège social de Pullman, dans l’État de Washington, pour deux semaines de tests rigoureux selon la technique « hardware in the loop ».

« C’est ici que nous avons soumis tout le matériel à des scénarios de simulation pour vérifier comment le SPS réagirait dans un contexte réel », déclare M. Malichkar. Par exemple, une simulation numérique en temps réel a été utilisée pour modéliser les parcs éoliens, la liaison CCHT et le couloir de transport afin que les ingénieurs puissent voir à quelle vitesse le SPS répondrait à différents événements se produisant dans le réseau électrique.

Au cours des tests, le SPS devait détecter des conditions anormales et lancer une action corrective en 40 millisecondes, comme l’exigeait Elia.

Le résultat n’aurait pas pu être meilleur. Cela ne prenait que 20 millisecondes.

« Cela était plus rapide que ce à quoi Elia s’attendait, plus rapide que ce à quoi nous-même, nous nous attendions », affirme M. Malichkar. « Les tests nous ont permis de faire avancer le projet en toute confiance. »

Une fois le SPS éprouvé, utilisable et respectueux du budget, chaque panneau entièrement équipé a été soigneusement emballé au centre de livraison de solutions de SEL pour un transport aérien vers la Belgique.

M. Hanuise et M. Malichkar examinent l’appareillage sous enveloppe métallique à isolation gazeuse à l’intérieur d’un poste électrique. En dessous, on peut voir l’arrière puis l’avant d’un panneau équipé d’appareils de SEL qui composent le SPS.

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Pendant ce temps, les premiers flocons de la saison n’allaient pas tarder à tomber sur les hauteurs de la région des Ardennes belges. L’hiver approchait, tout comme la date limite de janvier.

À la suite de l’installation et d’autres tests effectués en Belgique, le système de protection a été mis sous tension avec succès le 25 janvier. Aux douze coups de minuit, le 31 janvier, l’exploitation commerciale de la liaison CCHT a commencé.

Le lendemain, l’agence de presse internationale Reuters a publié un article sur cette réussite. John Pettigrew, directeur général du réseau électrique national du Royaume-Uni, y était cité : « Les interconnexions comme la liaison CCHT sont l’outil idéal pour déplacer l’énergie renouvelable de l’endroit où elle est produite à l’endroit où elle est le plus nécessaire. »

Essor de l’éolien

Aujourd’hui, lorsqu’un usager appuie sur un interrupteur à Bruges, en Belgique, ou à Kent, en Angleterre, l’électricité alimentant l’ampoule est probablement acheminée par le couloir de transport d’Elia. Une fois le SPS en place, Elia est capable de suivre les signes de perturbations et de réagir rapidement avant qu’un problème ne se transforme en panne de courant.

Selon M. DeWald de SEL, plusieurs appareils SEL agissent ensemble pour maintenir la stabilité et la sécurité du réseau électrique.

« Nous avons contribué à intégrer et à stabiliser la fourniture d’une nouvelle source d’énergie renouvelable qui a été introduite dans le réseau européen », affirme-t-il. « Nous en sommes très fiers. »

Lorsque deux parcs éoliens supplémentaires seront mis en ligne en 2020, l’énergie éolienne offshore représentera plus de 10 pour cent du mélange énergétique total belge, selon M. Hanuise.

« Et ce n’est qu’une première étape », ajoute-t-il. « Le SPS nous a permis de nourrir d’autres ambitions en ouvrant la voie à une intégration des énergies vertes encore plus importante à l’avenir. » Avec l’ajout de nouvelles éoliennes d’ici 2024, les parcs éoliens seront capables de produire 14 térawatts-heures chaque année, « suffisamment pour alimenter 85 pour cent de tous les foyers belges », explique-t-il.

Et la prochaine fois qu’une tempête violente balayera la mer du Nord, le SPS permettra de garantir que les clients finaux, qu’il s’agisse d’un chocolatier, d’un constructeur automobile ou d’un cultivateur de pommes de terre, ne subiront qu’un simple scintillement d’éclairage au lieu d’une panne de courant.

—Fin—


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