Memoire Online - Stratégie de croissance des unités territoriales du Cameroun, production décentralisée d'électricité

Le réseau électrique Camerounais est hiérarchisé en trois parties dont les fonctions actuelles sont très différentes. Le réseau de transport a pour rôle de transporter l'énergie en très haute tension depuis les centres de productions jusqu'au premières zones de consommation. Le réseau de répartition alimente directement les gros consommateurs industriels puis achemine l'énergie jusqu'aux réseaux de distribution chargés d'approvisionner les consommateurs moyenne et basse tension. Ces trois niveaux de réseau sont délimités grâce à des transformateurs. Ces transformateurs permettent d'acheminer l'énergie à différents niveaux de tension. Dans une vision plus détaillée, le réseau électrique du Cameroun manque d'analyse claires sur les GED marquant le développement de la production décentralisée d'électricité. Pour les raisons importantes d'une telle analyse, le Cameroun risque être confronté à de nombreux problémes de stabilité et de qualité dans la fourniture d'nergie électrique. A cet effet les postes de transformation barriére incontournable entre deux réseaux ou entre un réseau et les consommateurs, leur analyse ici profonde s'avére necessaire pour comprendre leur imortance.

Les postes électriques Hautes Tension servent à transformer la tension, aiguiller le courant électrique et protéger les installations et les personnes. Il existe deux grandes catégories de postes Haute Tension :

Les postes d'interconnexion sont les noeuds du réseau électrique d'un pays. Ils permettent de relier entre eux plusieurs sections d'un réseau. Les postes électriques Haute Tension peuvent raccordés à des lignes électriques, à des câbles ou également directement à une centrale électrique (on parle alors de poste « sortie de centrale »).

Les fonctions de transport et d'interconnexion sont assurées essentiellement par le réseau à 400 kV, parfois encore par le réseau à 225 kV. Des transformateurs alimentent, aux tensions de 225, 90 et 63 kV, des réseaux régionaux de répartition qui fournissent l'énergie aux réseaux de distribution à moyenne tension (20 kV, essentiellement).

Pour une interconnexion entre les différentes unités de productions du réseau électrique, la création des postes de transformation est nécessaire pour assurer une meilleure distribution et un bon transport de l'énergie produite au sein des centrales de production. En fonction de leur disposition, Ceux-ci jouent quatre rôles important :

Les postes de sortie de centrale qui servent à relier les centrales au réseau.

Les postes d'interconnexions qui servent à interconnecter plusieurs lignes électriques.

Les postes élévateurs qui servent à augmenter la tension à l'aide de transformateur.

Les postes de distribution qui diminuent le niveau de tension afin de le distribuer aux

L'énergie produite doit être acheminée sur tout le territoire. Ainsi cette énergie transportée sur des lignes aériennes ou souterraines doit appartenir à un certain domaine de tension alternative présenté à travers le tableau ci-dessous :

U < 50V

50V < U <500V

500V < U < 1kV

1kV < U < 50kV

50kV < U < 100kV

U > 100kV

TBT

THT

TBT

BTA

BTB

HTA

HTB

Figure 3.14 : répartition de différents niveaux de tension sur un réseau électrique norme UTE C 18 18-510

Les réseau électriques décentralisés sont dans la plus part distribuent l'énergie en MT/BT. Ainsi on distingue quatre types de réseaux :

Réseau en antenne : un centre de production dispose de plusieurs lignes en parallèles qui alimentent un centre de consommateur ;

Réseau en faisceau : un centre de production dispose d'un ensemble de lignes qui desservent plusieurs centres de consommation ou bien plusieurs centres de production alimentent un centre important de consommation ;

Réseau d'interconnexion pure : les centres de production sont reliés entre eux par un certain nombre de lignes ou des centres de consommateurs. Les deux précédents réseaux constituent des réseaux de transport ; Réseau de type mixte : le réseau interconnecté assure à la fois des fonctions de transport d'énergie et des fonctions d'interconnexion.

A partir de postes sources alimentés par le réseau de transport, la société en charge de la distribution d'électricité distribue par voie aérienne l'énergie en moyenne tension (MT) à des puissances de 25, 50, 100, 160, 250 kVA. Ceux-ci sont plus répandus dans deux zones :

- Réseau en zone rurale : Ce sont essentiellement des lignes aériennes assez longues, assurant une distribution avec une faible puissance à des utilisateurs très dispersés.

- Réseau en zone urbaine : La puissance installée est beaucoup plus importante par unité de surface. Lors de la conception d'un réseau de transport d'énergie, plusieurs configurations de réseaux sont possibles à installer selon la situation des utilisateurs :

Réseau simple dérivation : utilisé surtout pour la distribution rurale ou périurbaine. Tout défaut provoque la coupure de toutes les abonnées concernées par le départ du poste source.

Réseau en double dérivation : chaque poste est alimenté par deux câbles avec permutation automatique en cas de manque de tension sur l'une des arrivées. Ce type de dispositif est utilisé dans les zones urbaines.

Réseaux en coupure d'artère : tous les postes HTA/BT sont branchés en dérivation sur une boucle ouverte en un point proche de son milieu. En cas de défaut sur une partie de la boucle, il est possible d'alimenter tous les postes en ouvrant la boucle à l'endroit du défaut.

Les postes source HTB/HTA sont parfois alimentés en antenne mais, le plus souvent, ils sont alimentés avec un jeu de barre recevant plusieurs arrivées (ou lignes) HTB. Un ou plusieurs transformateurs HTB/HTA sont raccordés sur ces jeux de barre HTB simples ou multiples. A l'aval de ces transformateurs, des départs moyens tension partent d'un ou plusieurs jeux de barres HTA. Le tab 3.8 ci-dessous présente les differentes avantages, inconvenients et mode d'untilisation de réseaux.

Postes où la continuité de service est le critère prioritaire (peu courant en Europe, très utilisé en Amérique).

Permet de garder une moitié de poste en fonctionnement en cas de défaillance sur le jeu de barre ou de maintenance.

Flexibilité, continuité de services en cas de défaut sur un jeu de barres ou d'intervention de maintenance.

Continuité de services (toutes les travées sont alimentées par les deux jeux de barre)

Risque de perte totale de l'installation ne cas de défaut sur le jeu de barres.

Risque de défaillance sur défaut plus élevé (il faut deux disjoncteurs pour couper une arrivée ou un départ).

Dans le cas des réseaux en milieu rural, conduisant vers une perspective de développement local, on trouve des architectures arborescentes bouclables mais exploitées en radial. Les boucles peuvent se situer entre les postes HTB/HTA ou entre départs voisins (du même poste source).

Au regard de toutes ces observations effectuée sur les postes de transformation, leur raccordement constitue un autre probléme à resoudre car il existe differents types comme présenté ci-dessous. Mais le choix du type est fixé par l'autorité en charge de la gestion des problémes d'électrification. Dans le cadre d'une production décentralisée, les sources de production aussi nombreuses quelles seront vont impliquer des choix. Soit un câblage en boucle ou un câblage en aetére des postes de livraison.

Dans les besoins de continuité de service, il importe que le réseau dans sa configuration soit structuré c'est-à-dire limiter les temps de realimebtation en cas d'indisponibilité.

La structuration d'un réseau est différente selon qu'on aura à faire à un réseau en zone rurale ou en zone urbaine. Cela implique l'existence de deux types départs à savoir les départs de type urbain et les départs de type rural.

3.2.1.1. Structure des réseaux électriques en zone rurale

Les structures des réseaux en zone urbaine sont le plus souvent les structures en coupure d'artère (Figure 3.13a : Cette structure permet à chaque poste d'être alimenté à un instant donné en schéma normal ou en schéma de secours) ou les structures en double dérivation (Figure 3.13b : Dans cette structure, chaque poste peut être alimenté soit par un départ, soit par un autre. En cas d'indisponibilité, une permutation automatique équipée d'une temporisation bascule le poste sur le deuxième départ) pour les zones urbaines denses.

La structure des réseaux en zone rurale (Figure 3.14) sont le plus souvent d'artère principale de source à source. Ils peuvent également présenter des départs bouclant avec un départ alimenté par le même poste source, lorsque la densité de charge n'est pas homogène sur le territoire. Les départs peuvent présenter des antennes (dérivation non bouclée).

Toutes ces opérations d'ordre technique entrainnent sans doute des dépenses qui contraint la prise en compte d'un dimensionnement économique des installations.

Ce principe de dimensionnement économique, en lieu et place du seul dimensionnement technique, est

largement répandu chez tous les exploitants de réseau électrique, qu'il s'agisse de réseaux publics ou de réseaux privés. Les principes du calcul du dimensionnement économique figurent d'ailleurs très fréquemment dans les catalogues des fournisseurs de matériel : câbles, transformateur, etc.

Le principe de dimensionnement économique revient à choisir un palier technique (il faut entendre par là les différentes sections de câble retenues par la structure en charge de l'ER, la puissance unitaire des transformateurs HTB/HTA, etc.) qui présente l'optimum technico-économique. Le calcul est réalisé avec les hypothèses suivantes :

- le palier technique retenu est celui qui présente le coût minimal sur la durée de vie de l'ouvrage (N),

ce coût étant égal à la somme du coût d'établissement (E) et du coût d'exploitation (D) actualisé ;

- le coût d'établissement (E) de l'ouvrage est constitué de la somme des coûts d'achat du matériel, de ses accessoires y compris leur mise en oeuvre et leur pose ;

- le coût d'exploitation annuel de l'ouvrage (d) prend en compte les coûts de maintenance, les coûts de défaillance, ainsi que le coût des pertes électriques générées : pertes Joule dans les câbles, pertes Joule et fer dans les transformateurs. Ces pertes dépendent du dimensionnement de l'ouvrage (palier technique retenu) et du transit dans l'ouvrage.

- les dépenses d'établissement et d'exploitation n'ayant pas la même échéance, elles ne peuvent être additionnées sans actualisation. Le taux d'actualisation financière a pour objectif de ramener les coûts annuels à des dépenses engagées à l'année initiale de la période d'utilisation ;

- l'expression du coût d'exploitation (D) sur la durée de vie de l'ouvrage (N), actualisé à l'année initiale d'établissement est (en considérant que le coût d'exploitation annuel (d) est payé en fin d'année tout au long de la durée de vie N de l'ouvrage) :

(t) : taux annuel d'actualisation 8 %, (N) durée d'amortissement de l'ouvrage (par exemple 40 ans pour les câbles). Le dimensionnement économique de l'ouvrage est celui qui minimise la valeur de (E +D) sur la durée de vie N. La section économique de câble sera utilisée systématiquement pour optimiser les pertes Joule. Pour toute création et remplacement d'ouvrages existants. Pour déterminer les sections économiques, on définit le nombre d'heures d'utilisation de la pointe Pour un utilisateur, il est défini comme le rapport suivant : Durée d'utilisation de la Pmax = Energie annuelle / Puissance de raccordement [43].

Stratégie de croissance des unités territoriales du Cameroun, production décentralisée d'électricité

III.2 Modernisation des équipements électriques pour une meilleure ERD

3.2.1. Analyse des postes de transformation dans le réseau décentralisée d'un système interconnecté

3.2.1.1. Structure des réseaux électriques en zone rurale