Le vieillissement et l'insuffisance du réseau électrique sont largement considérés comme l'un des principaux obstacles à la restructuration des marchés de l'électricité aux États-Unis, en Europe et ailleurs. Les gestionnaires de réseaux sont confrontés à plusieurs pressions convergentes : croissance constante de la charge, ajouts imprévus de nouvelles capacités de production, exigences croissantes en matière de fiabilité, forte volatilité des prix résultant de nouvelles forces concurrentielles et obstacles rigoureux à l'implantation de nouvelles installations, en particulier d'équipements à très haute tension.

Les propositions d'extension du réseau conventionnel se heurtent à des difficultés persistantes, alors même qu'il apparaît clairement que la réforme du secteur ne peut aboutir sans de nouveaux investissements dans le réseau et de nouvelles capacités de transmission et de distribution. Par conséquent, les nouvelles technologies susceptibles d'accroître la capacité et la flexibilité de ce réseau vital suscitent un intérêt croissant. L'adaptation des réseaux électriques est essentielle pour répondre aux nouveaux usages – notamment les véhicules électriques, les pompes à chaleur, le chauffage électrique et les processus industriels – et pour accueillir les flux d'électricité provenant de production décentralisée.

En outre, il est urgent de renforcer la résilience de l'approvisionnement en électricité. Dans un avenir entièrement électrique, les combustibles fossiles ne constitueront plus une solution de secours. Les réseaux de distribution devront être plus résilients que jamais. Les défaillances ne sont plus permises.

Modernisation des réseaux électriques urbains

Les GRD (gestionnaires de réseaux de distribution) sont soumis à des pressions de toutes parts. À l'heure actuelle, leur principal défi consiste à garantir l'approvisionnement de millions de foyers et d'entreprises. À l'avenir, il sera impératif de moderniser les réseaux, dans des conditions économiques plus difficiles où chaque investissement devra être justifié.

La prochaine décennie devrait connaître une forte augmentation de la consommation d'électricité dans les zones urbaines. L'une des raisons est le passage à des technologies à faible émission de carbone, telles que les véhicules électriques et les pompes à chaleur. Les changements démographiques laissent également présager une augmentation de la consommation, avec l'accélération de la tendance à la réduction de la taille des ménages. À long terme, l'électrification du chauffage domestique alourdira la charge pesant sur les réseaux des GRD.

Les infrastructures électriques, et en particulier les investissements dans les câbles, ont toujours constitué un défi, qui pourrait s'accentuer.

La hausse de la demande pose des défis importants aux GRD. L'augmentation des charges accélère le vieillissement des câbles et les courants plus élevés amplifient les pertes dans les circuits, ce qui entraîne un gaspillage d'énergie - une situation amplifiée par l'utilisation sans restriction des technologies à faible émission de carbone, entraînant une augmentation encore plus importante de la demande aux heures de pointe.

Les défis des Gestionnaires de Réseau de Distribution

Les gestionnaires de réseaux de distribution (GRD) doivent trouver un nouvel équilibre entre la maintenance et les mises à niveau. Pourtant, les défis fondamentaux - tels que le vieillissement des actifs et les nouveaux modèles de demande - seront toujours là. Comment les GRD peuvent-ils prendre les meilleures décisions d'investissement dans cet environnement difficile ?

#1. Gérer le vieillissement des actifs

#2. Gestion des autorisations et des acquisitions, contraintes d'espace

#3. Gestion des coûts et perturbations

#4. Soutenir la croissance de productions décentralisées

#5. Gestion de la demande de façon pérenne

#1. Gestion du vieillissement des actifs

Dans les économies matures, notamment en Europe occidentale, en Amérique du Nord et au Japon, ce problème est de plus en plus préoccupant. Les actifs peuvent être remplacés, remis à neuf ou entretenus, mais lesquels ? Comment prendre les meilleures décisions d'investissement ? L'augmentation de la demande s'accompagne d'une pression accrue pour la mise à niveau des réseaux électriques. Mais pour les GRD des zones urbaines densément peuplées, la modernisation des réseaux n'est pas facile.

Dans certaines zones urbaines, les réseaux câblés sont en place depuis plus de 50 ans et leur capacité est limitée. L'ajout de nouvelles charges accélère le processus de vieillissement des câbles, rendant leur remplacement indispensable si l'on veut répondre à la demande supplémentaire. De plus, où faire passer les nouveaux câbles ? L'acheminement est un problème, surtout s'il y a d'autres câbles sur place, en plus des câbles de télécommunications, d'eau et de gaz. En attendant, il n'est pas toujours possible d'élargir un tracé de câble existant. Cela peut imposer une limite à la capacité de transmission.

#2. Gestion des autorisations et des acquisitions, contraintes d'espace

Les restrictions environnementales, les frais de location des voies et les frais de gestion du trafic - plus les achats de terrains - peuvent ajouter des centaines de milliers au coût d'un emploi. Plus le tracé du câble est large, plus la facture est élevée. L'installation de nouveaux câbles conventionnels est un processus long et coûteux en termes d'obtention des autorisations et de réalisation des travaux. Il peut également être perturbateur et impopulaire auprès du public.

Le câblage conventionnel nécessite beaucoup d'espace (y compris l'espace entre les câbles) car il faut tenir compte de facteurs tels que la chaleur et les interférences électromagnétiques. De plus, il est souvent nécessaire de construire de nouvelles sous-stations, ce qui est très coûteux danas des environnements urbains.

#3. Gestion des coûts et perturbations

L'installation de nouveaux câbles conventionnels est un processus long et coûteux, tant en termes d'obtention des autorisations que de réalisation des travaux. Il peut également être perturbateur et impopulaire auprès du public. Les citoyens sont de plus en plus réticents à accepter des travaux publics qui génèrent du bruit et des embouteillages. Il est essentiel de prendre des mesures pour minimiser les nuisances, mais celles-ci augmentent les coûts et allongent la durée des projets. De plus, l'électricité doit être fournie de manière fiable, c'est-à-dire sans coupures, pannes, défaillances en cascade ou black-out, et sans variations de fréquence ou fluctuations de qualité. Cela signifie

• Réduire les pannes d'équipement et diminuer le nombre et la durée des défaillances et des coupures. La sécurité implique de détecter rapidement les surchauffes afin d'éviter que les lignes ne s'affaissent sur les arbres ou que le gel ne provoque une accumulation de glace et des coupures électriques.
• Décourager le vol d'énergie, qui constitue une menace majeure pour les infrastructures, les services et la rentabilité.
• Contrôler l'ensemble du fonctionnement des sous-stations

#4. Soutenir la croissance de productions décentralisées

Toute production des petites installations solaires sur les toits aux parcs éoliens et photovoltaïques à grande échelle. L'un des problèmes majeurs des DSO est que les contraintes thermiques et de tension sur leurs réseaux imposent une limite à la quantité de nouvelle production pouvant être connectée. Un renforcement est nécessaire pour que de nouvelles ressources de production puissent être ajoutées. Comment décider où et quand investir ?

Pour répondre à la demande croissante et fournir une alimentation électrique ininterrompue aux clients, les réseaux doivent pouvoir intégrer ces nouvelles sources d'énerige, y compris les mini-réseaux, les panneaux photovoltaïques installés sur les toits, les piles à combustible ou les parcs éoliens. La production et le contrôle centralisés doivent céder la place à une production distribuée et intelligente afin que l'électricité puisse être échangée sur le marché.

#5. Gestion de la demande de façon pérenne

La recharge des véhicules électriques est le principal moteur. Cela va des points de charge en Courant Alternatif domestiques pour un seul véhicule (généralement moins de 3 kW) jusqu'aux grandes installations de charge publiques offrant une charge en Courant Continu super rapide jusqu'à 350 kW.

Un renforcement du réseau est nécessaire pour gérer ces charges supplémentaires. Cela implique non seulement de nouveaux câbles pour les points de charge, mais aussi une capacité de transformateur supplémentaire et des câbles et lignes aériennes améliorés pour ces transformateurs. Comment justifiez-vous les investissements supplémentaires ? Pouvez-vous facilement expliquer aux parties prenantes pourquoi un investissement est nécessaire ?

La recharge des véhicules n'est qu'une partie de l'histoire. Les nouveaux systèmes domestiques - tels que les pompes à chaleur géothermiques et à air - viendront également s'ajouter aux charges. Et à long terme, la demande d'électricité augmentera encore plus car les gouvernements font de l'électricité la principale source d'énergie pour le chauffage des ménages, en remplacement du gaz et du pétrole.

De plus, les clients étant sensibles aux questions environnementales, ils ont besoin d'être rassurés sur la sécurité des lignes souterraines et aériennes, qui doivent générer un minimum de pertes et de CO2, avec de faibles interférences électromagnétiques (CEM).

• Les réseaux doivent permettre l'interaction avec les véhicules électriques, la production d'énergie propre et faciliter la consommation d'électricité pour les clients.
• Lors de la modernisation des réseaux, les câbles obsolètes doivent être retirés sans endommager les zones urbaines ou les habitats naturels, et les matériaux doivent être recyclés de manière sûre et efficace.

Les systèmes de câbles supraconducteurs ont un rôle essentiel à jouer pour relever ces défis.

Les gestionnaires de réseaux de distribution ont besoin de solutions rentables et sans interruption pour moderniser l'alimentation électrique des villes.

Les câbles supraconducteurs de Nexans répondent à ces besoins. Outre leur capacité de transmission inégalée et leur fiabilité, nos câbles supraconducteurs haute température (HTS)* ne nécessitent que très peu d'espace que les câbles conventionnels ou les lignes aériennes. Par ailleurs, ils peuvent transporter beaucoup plus d'énergie que les câbles résistifs à la même tension : un seul câble peut transporter plus de 3 GW, soit suffisamment pour alimenter une grande ville.

De plus, les systèmes supraconducteurs sont plus rentables et donc plus faciles à déployer que les câbles conventionnels en cuivre et en aluminium, en particulier dans les zones urbaines. Les économies réalisées sont liées à leur compacité (encombrement minimal) et à un besoin réduit en infrastructures électriques telles que les sous-stations et les transformateurs.

Les systèmes de câbles supraconducteurs ne sont plus seulement théoriques, ils sont désormais une réalité. Les principaux opérateurs de réseaux électriques font déjà confiance aux systèmes de câbles supraconducteurs pour assurer une distribution électrique résiliente et rentable.

La supraconductivité connaît actuellement des avancées significatives dans diverses applications industrielles et offre un potentiel considérable pour la transformation des réseaux électriques. Les gestionnaires de réseaux de distribution (GRD) doivent trouver un moyen de répondre à la demande croissante en énergie dans les villes et leurs réseaux.

Les câbles HTS sont conçus pour répondre à cette demande.

Applications

Des projets récents mettent clairement en évidence le potentiel et les opportunités des câbles supraconducteurs. À ce jour, des câbles supraconducteurs fonctionnent avec succès depuis plusieurs années sur le réseau électrique:

• AmpaCity: optimiser le réseau électrique urbain allemand: Nexans a fabriqué et déployé à la fois le système de câbles supraconducteurs et le limiteur de courant de défaut supraconducteur. AmpaCity était la plus longue liaison par câbles supraconducteurs au monde et a fonctionné pendant sept ans.
• ComEd: Protéger le réseau électrique de Chicago: Le projet REG de Chicago, qui a été mis en service en 2022, prévoyait le déploiement d'un nouveau système de câble supraconducteur pour relier les sous-stations voisines. Nexans a conçu, fabriqué et installé un câble supraconducteur utilisant des fils supraconducteurs à haute température fabriqués par American Superconductor (AMSC)

Protection des installations: amélioration de la résilience grâce aux limiteurs de courant de défaut supraconducteurs

Les câbles supraconducteurs transportent l'électricité à des courants exceptionnellement élevés, de manière fiable et avec des pertes minimales. Cela en fait une option intéressante pour répondre aux besoins croissants en énergie des villes modernes. Cependant, il est également possible d'utiliser les propriétés des supraconducteurs pour protéger les réseaux. Ce dispositif ingénieux, appelé un limiteur de courant de défaut supraconducteur (SFCL), assure une protection essentielle contre la menace croissante des courants de défaut.

La multiplication des courants de défaut causés par des courts-circuits est un risque inhérent aux Smart Cities. Ceux-ci résultent de facteurs tels que des charges plus élevées, une production plus décentralisée et des flux de charge plus complexes. La conséquence est un risque de dépassement de la classe de protection des transformateurs et disjoncteurs sur les réseaux de distribution. En l'absence de protection appropriée, une infrastructure vitale peut être endommagée, causant des coupures d'électricité à l'impact considérable sur les entreprises et la collectivité.

Les limiteurs de courant de défaut pour supraconducteurs (SFCL) sont basés sur un matériau supraconducteur à haute température qui est refroidi à sa température de fonctionnement de -200°C par de l'azote liquide, un fluide à la fois facilement disponible et peu coûteux

Les SFCL offrent une solution intelligente et évolutive qui assure une fiabilité 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, une infrastructure électrique à auto régénération et des besoins de maintenance réduits.

En résumé, l'intégration de limiteurs de courant de défaut supraconducteurs dans l'architecture électrique offre une approche moderne et automatisée de la protection des installation, qui répond aux besoins des opérateurs réseaux.

Renforcer et améliorer les réseaux de distribution d'énergie

La supraconductivité, qui était auparavant réservée à la recherche, est de plus en plus utilisée dans l'industrie, offrant des possibilités importantes pour transformer les réseaux. L'intégration de câbles supraconducteurs et de limiteurs de courant de défaut permet au secteur d'améliorer son efficacité, d'augmenter sa capacité et de soutenir les objectifs de développement durable.

La technologie HTS soutient ces objectifs.

• Réduire les pertes sur le réseau et éliminer les champs électromagnétiques : malgré les courants très élevés qu'ils transportent, les câbles HTS ne chauffent pas et ne produisent pas de champs électromagnétiques. Cela en fait le choix idéal dans les tunnels et les environnements sensibles.
• Améliorer les infrastructures des réseaux de distribution: faire plus avec la moyenne tension en augmentant le courant plutôt que la tension - et optimiser l'efficacité du réseau (en réduisant les équipements)
• Soutenir la conception d'infrastructures compactes, modulaires et résilientes: nos câbles HTS sont très compacts. Cela les rend idéaux dans les situations où il est nécessaire d'augmenter la capacité de transfert d'énergie dans des emprises restreintes en zone urbaine. 

Nexans de par son histoire et les nombreux projets auxquels le Groupe a pris part est aujourd'hui un leader mondial des câbles supraconducteurs pour les réseaux électriques. Nexans est ainsi le premier acteur industriel européen et mondial à posséder la technologie prête à répondre à tous les besoins des réseaux de transmission. Ainsi, pour les câbles HT, MT et BT, Nexans est actuellement le seul fabricant au monde capable de répondre à tous ces besoins permettant de répondre à des besoins énergétiques croissants et des capacités grandissantes en terme de transmission d'énergie.