Pour répondre à l'essor des énergies renouvelables et au développement de la production d’électricité décentralisée, il devient indispensable de moderniser en profondeur les réseaux électriques européens.

Les câbles supraconducteurs moyenne tension pourraient devenir la solution privilégiée pour assurer la transmission d'électricité issue des énergies renouvelables au réseau. Les câbles terrestres permettent de réduire la taille des installations, tandis que les câbles sous-marins éliminent le besoin de stations de conversion coûteuses, nécessaires pour les câbles à courant continu haute tension.

Le projet européen SCARLET (« Câbles supraconducteurs pour une transition énergétique durable ») rassemble 15 partenaires issus de 7 pays dans le but de concevoir et fabriquer des câbles supraconducteurs à grande échelle, afin de garantir une transmission d’électricité renouvelable à la fois efficace et rentable. Les câbles supraconducteurs présentent des avantages notables: des capacités de transmission élevées, un encombrement réduit (de par leur compacité) et un faible impact environnemental. 
Le projet SCARLET vise à exploiter ces caractéristiques pour concevoir des câbles capables de transmettre des puissances très élevées dans des conducteurs de section relativement inférieure aux câbles conventionnels. 
 

Le projet repose sur le concept d'exploitation de la capacité de courant élevé des câbles supraconducteurs pour passer du courant continu haute tension (HTCC) au courant continu moyenne tension (MTCC) tout en conservant des niveaux de puissance équivalents / à niveaux de puissance équivalents. Le projet vise à développer et produire des systèmes de câbles supraconducteurs aux capacités de l’ordre du gigawatt, permettant ainsi leur qualification finale avant leur commercialisation. Le projet a démarré en septembre 2022 et devrait durer quatre ans et demi.

Le projet couvrira les aspects suivants

• Développer, produire, tester et déployer des câbles HTS (supraconducteurs à haute température) refroidis au LN2 pour une liaison bipolaire de 1 GW (±50 kV/10 kA)
• Concevoir des liaisons offshore avec des câbles supraconducteurs moyenne tension en courant continu (MTCC) refroidis au LN2 pour un transfert d'énergie bipolaire de 1 GW (±50 kV/10 kA), et concevoir le système de refroidissement offshore avec des sous-stations de refroidissement
• Développer, produire, tester et déployer des câbles supraconducteurs à base de MgB2 refroidis au LH2 pour une liaison bipolaire de 1 GW (±25 kV/20 kA)
• Concevoir et évaluer la faisabilité d'elpipes pour le transfert d'énergie multi-GW
• Définir et simuler des cas d'utilisation complets du système électrique, leurs exigences en matière de protection, et concevoir et déployer un module de limitation de courant de défaut
• Évaluer les réseaux de transmission de câbles HTS, sur le plan technique et économique, afin d'identifier les domaines d'applications et d’exploitation pertinents

Câbles supraconducteurs au service de la transition énergétique

Des systèmes de câbles supraconducteurs terrestres sont développés et testés, tandis que des cryostats renforcés sont conçus et testés pour des applications offshore. Les activités liées au système de protection concernent le développement et la démonstration d'un module de limiteur de courant de défaut supraconducteur (SFCL) destiné à protéger les appareillages de commutation associés.

Parallèlement aux activités de démonstration, les architectures du système sont étudiées sur les plans technique et économique afin d'exploiter pleinement les capacités des câbles supraconducteurs moyenne tension en courant continu (MTCC).

Les câbles supraconducteurs à base de HTS et de MgB2 seront conçus pour des longueurs de plusieurs kilomètres, et les systèmes de câbles de 1 GW seront soumis à des essais de type, dernière étape de qualification avant mise en oeuvre.

Les câbles supraconducteurs moyenne tension, conçus à partir de matériaux HTS et MgB2, constituent une solution optimale pour garantir l’acheminement de l’électricité produite à partir de sources renouvelables vers le réseau électrique.

• Les câbles supraconducteurs à haute température (HTS) terrestres présentent une conception compacte, permettant la préservation de l’environnement dans les zones protégées et optimisant l’utilisation des sols dans les espaces urbains à forte densité.
• Les câbles supraconducteurs à haute température (HTS) offshore sont compétitifs sur le plan économique. Comparés aux câbles HTCC conventionnels, ils présentent l’avantage de ne pas nécessiter l’installation de stations de conversion volumineuses et onéreuses sur les plateformes offshore. Les câbles MgB2, associés au transport sécurisé de l’hydrogène liquide directement depuis les sites de production d’énergie renouvelable vers des destinations telles que les ports ou les industries lourdes, instaurent un nouveau paradigme reposant sur l’utilisation simultanée de deux vecteurs énergétiques à l’avenir.

Les deux câbles supraconducteurs moyenne tension en courant continu (MTCC) - HTS, refroidis à l'azote liquide, et MgB2, refroidis à l'hydrogène liquide - seront conçus, fabriqués et testés - y compris un test de six mois pour le câble MgB2. Un module de limitateur du courant de défaut supraconducteur sera conçu et testé pour protéger le réseau. Par ailleurs, les avancées technologiques seront accompagnées d’analyses technico-économiques approfondies, et une étude spécifique portera sur les elpipes, conducteurs de grande section dédiés au transfert de puissances élevées.
 

Nexans va concevoir un système de câbles supraconducteurs haute température à courant continu moyenne tension (MTCC HTS)

Nexans fournira et testera le câble supraconducteur à haute température (HTS) et livrera des enveloppes cryogéniques pour les câbles HTS et MgB2. 

Nexans dirige deux grands volets de ce projet

• Conception et modélisation de systèmes de câbles supraconducteurs à haute température (HTS) à 50 kVDC et 10 kA, y compris la fabrication et les essais du prototype de câble supraconducteur à haute température (HTS) à 50 kVDC et 10 kA

• Conception de systèmes de câbles supraconducteurs à haute température (HTS) offshore de grande longueur à 50 kVDC et 10 kA, y compris le conducteur, le cryostat, jonctions y compris la gestion de la rétractation. De plus, afin de permettre la mise en place de systèmes de câbles supraconducteurs à haute température (HTS) de grande longueur à terre ou en mer, de nouvelles gammes d'accessoires doivent être développés pour assurer la continuité de la transmission d’électricité grâce à des systèmes de refroidissement répartis le long du tracé du câble.

Outre la conception de solutions, le projet contribue également aux efforts de standardisation dans ce domaine, soutenant l'intégration des câbles supraconducteurs à courant continu moyenne tension (MTCC) dans les standards existants, notamment en proposant des recommandations pour les essais type (essais des câbles supraconducteurs à courant continu (CC) et certification du système cryogénique LH2).

La supraconductivité n'est plus un concept, c'est désormais une réalité. La technologie des supraconducteurs à haute température (HTS) offre un potentiel important pour accroître l'efficacité et réduire les émissions de carbone. Le déploiement de la technologie des câbles supraconducteurs peut faciliter la transition vers une société décarbonée et devrait contribuer de manière significative au développement d'un réseau électrique résilient. 

Avec plus de 30 ans d'expérience, Nexans est le leader mondial de la conception et de la fabrication de systèmes de câbles supraconducteurs et de limiteurs de courant de défaut supraconducteurs (SFCL). Notre expérience éprouvée atteste de notre expertise et de nos capacités avancées en matière d'ingénierie dans ces domaines, et démontre clairement que cette technologie est désormais une réalité commerciale. Les câbles supraconducteurs ont été utilisés avec succès sur le réseau électrique pendant plusieurs années:

• Projet LIPA: alimenter le réseau américain: Nexans a développé et livré un système complet de câbles supraconducteurs 138 kV CA, comprenant le câble, l'enveloppe cryogénique et les terminaisons.
   
• Best Paths : Renforcer l'intégration des énergies renouvelables: Nexans a conçu et construit une boucle supraconductrice de 320 kV CC comprenant un câble unique de 30 m transportant un courant de 10 kA pour une puissance nominale de transport de 3,2 GW.

D'autres projets visent à démontrer l'application des câbles supraconducteurs peuvent aux câbles export HVAC. Le consortium Supramarine travaille sur cette approche. Le projet étudiera la connexion électrique entre les parcs éoliens offshore et le littoral à l'aide de câbles supraconducteurs à haute température (HTS). L'objectif est de développer un démonstrateur de système de transmission d'électricité supraconducteur haute tension à courant alternatif (HTCA). Nexans, en tant que leader dans le domaine des câbles et systèmes supraconducteurs, assurera le développement de câbles, jonctions et terminaisons supraconducteurs haute tension à courant alternatif (HTCA).

Les réseaux supraconducteurs peuvent faciliter l'intégration de sources d'énergie renouvelables à grande échelle, telles que les parcs éoliens en mer et les centrales solaires isolées, en offrant des alternatives aux technologies conventionnelles permettant la transmission efficace de l'électricité sur de longues distances avec un impact environnemental réduit, des pertes minimales et un déploiement plus rapide de l'ensemble du système. Cela permet de surmonter les contraintes géographiques et d'exploiter pleinement le potentiel des sources d’énergie renouvelables.