L’économie « digitale » accélère les changements de comportement susceptibles de réduire les besoins énergétiques de notre société, notamment en matière de transport. En contrepartie, on assiste à une croissance de la demande électrique fondée sur la disponibilité et la qualité.

2. Les impératifs de disponibilité et de qualité

En dépit des progrès réalisés dans la continuité du service, le réseau d’électricité centralisé est soumis à des aléas difficilement maîtrisables qui affectent la qualité du courant électrique (coupures, creux de tension, surtensions, harmoniques, etc.).
Parallèlement, les réseaux de télécommunications à haut débit (transport large bande, stockage des données, hébergement de serveurs …), les nouvelles applications industrielles (robotisation, process sensibles …), la protection renforcée des personnes et des biens (établissements hospitaliers, centres logistiques, grande distribution, péages autoroutiers…), accroissent la demande d’électricité fondée sur la haute disponibilité et la haute qualité (HDHQ).
Aujourd’hui, le marché des Alimentations Sans Interruption (ASI), associées à des groupes de secours, est devenu florissant et les investissements réalisés dans ce domaine ouvrent des perspectives pour l’introduction des nouvelles technologies.

3. L’arrivée des nouvelles technologies

On assiste à une accélération du développement des sources de production d’électricité plus respectueuses de l’environnement:

• – Les turbogénérateurs à haute vitesse, communément appelés micro turbines, qui se caractérisent par la légèreté, la compacité, la durée de vie et le faible entretien.

• – Les piles à combustible, qui se caractérisent par un bon rendement électrique, un fonctionnement silencieux et des rejets négligeables de polluants atmosphériques.

Toutefois, ce sont des générateurs de courant continu qui nécessitent un stockage d’énergie pour le démarrage et un onduleur pour la fourniture du courant alternatif à 50 ou 60 Hz.

4. La simplification des installations d’énergie

Les micro turbines ou les piles à combustible, peuvent constituer des Sources de Remplacement (SR) du réseau électrique. Leur association directe avec une ASI du commerce permet de réaliser l’Architecture Simplifiée Conçue pour l’Environnement Technique et l’Energie (ASCETE) représentée ci-dessous.

 

Si le réseau électrique n’est pas soumis à des perturbations, l’ASI peut fonctionner en mode économique ou « interactif », et les équipements stratégiques ou sensibles sont alimentés par le réseau avec un rendement proche de 100/100. Dans le cas contraire, le fonctionnement « On line » de l’ASI est maintenu avec une double conversion et un rendement légèrement dégradé. En cas de défaillance du réseau (interruption ou perturbations), la qualité du courant de sortie n’est pas affectée et l’électronique de commande sollicite les batteries de l’ASI pour assurer le démarrage automatique de la source SR qui délivre à son tour l’énergie nécessaire aux équipements et à la charge des batteries.

Cette architecture simplifiée présente de gros avantages technico-économiques :

o Avantages économiques

Ils résultent de la suppression de plusieurs sous-ensembles :

– Système de démarrage dédié : l’énergie nécessaire au lancement étant prélevée sur les batteries de l’ASI, le système de démarrage dédié est supprimé ;
– Tableau général basse tension : la distribution sélective étant assurée par l’ASI, le tableau général de distribution de la basse tension et l’inverseur de source sont supprimés ;
– Onduleur de sortie : l’ASI assurant la mise en forme du courant à 50 ou 60 Hz, l’onduleur intégré à la micro turbine, ou à la pile à combustible, est supprimé. Outre le gain d’investissement, la suppression de cet onduleur améliore de 15 % le rendement de la chaîne d’alimentation sans interruption ;
– Armoire de couplage : l’ASI incluant tous les dispositifs de synchronisation, de stabilité en fréquence et de transfert sur le réseau en cas de dysfonctionnement, l’armoire de couplage/découplage propre à la cogénération est supprimée.

o Avantages techniques

Ils découlent de la conception des équipements :

• 1 – Modularité : la mise en parallèle des générateurs de courant continu est facile à mettre en œuvre et les variations de vitesse éventuelles n’ont aucune influence sur la fréquence de sortie. La conception modulaire permet ainsi d’offrir des puissances plus élevées avec des possibilités d’extension ou de redondance.

• 2 – Disponibilité : les batteries de l’ASI sont bien gérées et la surveillance préventive de leur vieillissement diminue fortement les risques bien connus de défaillance au démarrage. De même, la suppression de la commutation électromécanique « normal/secours » élimine les incidents imputables à l’inverseur de source et, grâce à ce concept, le temps de démarrage et de prise en charge de l’alimentation par la source de remplacement (plusieurs minutes) n’a plus d’incidence sur la continuité du service et la qualité du courant électrique.

5. Conclusion

L’architecture ASCETE présente des avantages indéniables par rapport à une chaîne d’alimentation traditionnelle. Sa mise en application pourra prendre des formes diverses en fonction des conditions de commercialisation des micro turbines ou des piles à combustible.
A ce jour, la mise sur le marché des piles à combustible couplées avec des ASI et alimentées par des bouteilles d’hydrogène, constitue l’une des premières applications industrielles aptes à s’imposer dans les secteurs des télécommunications, de l’industrie et du tertiaire, dès lors que l’on veut transformer une alimentation non secourue en alimentation HDHQ à forte autonomie.

René REVOL (Septembre 2004)