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Cross-Skagerrak

liaisons à courant continu en Danemark et Norvège

Cross-Skagerrak est une liaison à courant continu reliant le poste de Tjele au Danemark à celui de Kristiansand en Norvège. La ligne appartient et est exploitée par Statnett en Norvège et Energinet.dk au Danemark. Sa longueur est de 240 km : 113 en ligne aérienne et 127 par câble sousmarin. Elle a été construite en plusieurs phase. En 1977, les pôles 1 et 2 sont mis en service, la puissance nominale de la liaison est alors de 500 MW. En 1993, un nouveau pôle est mis en service, numéroté 3. Il a une tension de 350 kV et une puissance de 440 MW. Le pôle 1 et 2 sont regroupés pour former un unique pôle de tension opposée à celle du pôle 3. Le nouvel ensemble forme donc un nouveau bipôle.

En 2011, une nouvelle installation d'une puissance de 700 MW est commandée. Contrairement aux anciens pôles, qui utilisent la technologie LCC, commutée par les lignes, à base de thyristors, Skagerrak 4 utilise la technologie VSC, à source de tension, à base d'IGBT. La puissance totale de la liaison une fois Skagerrak 4 mis en service est de 1 655 MW.

HistoireModifier

Skagerrak 1 et 2Modifier

 
Consommation en puissance réactive Q par kilomètre de ligne aérienne 380 kV, de câble souterrain et pour un GIL en fonction de la puissance apparente transportée S et à 50 Hz[1]. Une ligne en courant continu ne consomme pas de puissance réactive
 
Schéma d'un bipôle HVDC

Une interconnexion électrique entre le Danemark et la Norvège doit permettre au second d'exporter son électricité de source hydroélectrique les années de fortes précipitations tout en lui donnant accès à la production danoise les années plus sèches afin de couvrir sa demande de pointe[2].

Une liaison en courant continu est choisie à cause de la distance de câble à pourvoir. En effet, le HVDC est particulièrement adapté pour transporter de l'énergie électrique par câble, sous-marin entre autres. Au-delà d'une certaine distance, 60 à 80 km environ pour des liaisons souterraines ou sous-marines, l'importance du courant capacitif rend peu intéressant le transport d'électricité en courant alternatif[3]. Une autre raison d'adopter une liaison en courant continu dans le cas de Cross-Skagerrak est la différence de capacité électrique des réseaux danois et norvégien[4]. Les postes de conversion sont livrés par ASEA. Les pôles 1 et 2 sont construits. Ils ont une puissance nominale totale de 500 MW et maximale de 515 MW. C'est le premier poste de consersion HVDC à utiliser des quadrivalves[4]. Elles sont isolées et refroidies par l'air. Chaque pôle est alimenté par deux transformateurs triphasés, l'un couplé en étoile-étoile, l'autre en étoile-triangle[2].

Au moment de sa mise en service, le câble de Cross-Skagerrak est le plus long câble à courant continu au monde. C'est également celui étant le plus profond avec un point bas à 530 m. Il est de type papier imprégné de masse et est livré par Alcatel. Il a une section de 800 mm2[5]. Chaque câble a une capacité de 250 MW à 250 kV[2].

Skagerrak 3Modifier

 
Les thyristors d'Inter-Island sont regroupés en trois tours, dites quadrivalves

En décembre 1991, les deux opérateurs décident d'augmenter la puissance de la liaison et signe le contrat pour cette extension[6]. Le nouveau monopôle HVDC Cross-Skagerrak 3, d'une puissance de 440 MW et d'une tension de 350 kV est mis en service en 1993. Le pôle 1 et 2 sont mis en parallèle et regroupés en unique pôle qui fonctionne en bipôle avec le pôle 3[7].

Un câble supplémentaire de section 1 400 mm2 de type papier imprégné de masse est installé[8].

Le système de contrôle commande du pôle 3 est mis à jour en quatre semaines en juin 2014[9].

Skagerrak 4Modifier

En novembre 2009, Statnett et Energinet.dk décident de construire Skagerrak 4. Cette nouvelle installation doit avoir une puissance d'environ 700 MW. La mise en service est alors prévue en 2014[10]. Les postes de conversion de Kristiansand et Tjele doivent servir pour la nouvelle liaison. Elle doit être complètement câblée. Le câble souterrain côté danois, d'une longueur de 90 km doit être fourni par Prysmian pour une somme de 300 millions de DKK. Celui sous-marin, d'une longueur de 137 km, et celui souterrain côté norvégien, d'une longueur de 12 km, doivent être fournis par Nexans pour une somme de 638 millions de DKK. ABB remporte l'appel d'offre pour les postes de conversion. Le budget total est compris entre 2,8 et 3 milliards de DKK[11],[12].

 
Configuration de Skagerrak 3 et 4

Cette nouvelle installation utilise la technologie à source tension, dite VSC, utilisant des IGBT à la place des thyristors. Ce pole a une tension de 500 kV, avec Skagerrak 3, ils fonctionnent en bipôle. C'est la première installation au monde où un pole utilise des thyristors et l'autre pole utilise des IGBT. Le courant ne pouvant changer de sens dans les thyristors, l'inversion du sens de la puissance se fait obligatoirement grâce à une inversion de la polarité de la tension du câble. Normalement, dans le cas d'une installation VSC, la tension reste constante et le courant change de sens en cas de changement de sens de la puissance. Cross-Skagerrak n'est pas conçue de cette manière, car cela aurait eu pour conséquence que le courant de retour par la terre aurait été égal au courant venant du LCC additionné à celui venant du VSC. Grâce à des sectionneurs électriques, la tension du convertisseur VSC est inversée quand la puissance change de sens[13]. La puissance totale de la liaison une fois Skagerrak 4 mis en service est de 1 655 MW[14].

Données techniquesModifier

Postes de conversionModifier

Principales caractéristiques des postes de conversion[2],[8],[15]
Pôle Skagerrak 1 et 2 Skagerrak 3 Skagerrak 4
Mise en service octobre 1976 et septembre 1977 décembre 1993 janvier 2015
Fabricant ASEA ABB ABB
Tension nominale ±250 kV puis -250 kV après amélioration 350 kV 500 kV
Puissance nominale 500 MW 440 MW 700 MW
Puissance en surcharge continue 515 MW puis 550 MW après amélioration 500 MW
Courant maximum admissible 1 030 A puis 1 100 A après amélioration 1 570 A
Type de convertisseurs thyristors thyristors IGBT
Refroidissement des thyristors à air à eau -
Nombre de thyristors par valve 144 60 -
Nombre de thyristors par quadrivalve 576 240 -
Nombre de thyristors par poste 1 728 720 -
Nombre de transformateurs de conversion 8 au total 4 au total
Puissance des transformateurs de conversion 154 MVA 256,4 MVA
Inductance des bobines de lissage 0,5 H 0,225 H
Position des bobines de lissage côté neutre côté haute tension

Par ailleurs, le régleur en charge des transformateurs du poste de Tjele ont une plage de tension allant de -6,5 % à +18,5 % pour le pôle 1 et 2 et allant de -10 % à +30 % pour le pôle 3. À Kristiansand, cette plage vaut -2 % à 24,5 % pour les deux premiers pôles et -10 % à +30 % pour le dernier[8].

Ligne aérienneModifier

Les pôles 1 et 2 ont été équipés d'une ligne aérienne muni d'un conducteur simple de section 772 mm2. Le pôle 3 dispose de deux conducteurs de même section[8].

La ligne aérienne enjambe le détroit d'Aggersund. Les deux pylônes ont une hauteur de 70 m, la portée entre les deux pylônes est de 470 m[7].

ÉlectrodesModifier

Pour permettre un retour du courant en mode monopolaire en cas de défaut d'un des pôles, deux électrodes en graphite sont installés au large de la Norvège et du Danemark, dans les deux cas à environ 30 km de la rive. Au Danemark, l'électrode est relié au poste de conversion par 18 km de ligne aérienne et 11 km de câble. En Norvège, les 30 km sont aériens[2].

Postes électriquesModifier

Site Coordinates
Poste de conversion de Tjele 56° 28′ 44″ N, 9° 34′ 01″ E
Électrode danoise 56° 37′ 16″ N, 9° 28′ 32″ E
Pylône sud d'Aggersund 57° 00′ 00″ N, 9° 18′ 07″ E
Pylône nord d'Aggersund 57° 00′ 12″ N, 9° 17′ 50″ E
Extrémité du câble côté danois 57° 07′ 34″ N, 9° 03′ 58″ E
Extrémité du câble côté norvégien 58° 07′ 45″ N, 8° 10′ 03″ E
Électrode norvégienne 58° 10′ 02″ N, 8° 15′ 56″ E
Poste sur la ligne vers l'électrode norvégienne 58° 11′ 10″ N, 8° 09′ 24″ E
Poste de conversion de Kristiansand 58° 15′ 36″ N, 7° 53′ 55″ E


RéférencesModifier

  1. « présentation transport énergie électrique à jicable » (consulté le 30 janvier 2013)
  2. a b c d et e (en) Compendium of HVDC schemes, t. 3, CIGRÉ, coll. « Brochure », , p. 87
  3. « présentation câble HVDC » [archive du ] (consulté le 24 janvier 2013)
  4. a et b Arrillaga 1998, p. 89
  5. « Submarine power cable to connect Jordan, Egypt », sur PowerGen Worldwide, (consulté le 31 juillet 2014)
  6. (en) « Skagerrak 3 HVDC intertie adds 440 MW in two years. (power cable interconnection between Norway and Sweden) », sur business.highbeam (consulté le 1er août 2014)
  7. a et b Gianluigi Migliavacca, Advanced Technologies for Future Transmission Grids, Londres, Springer, (ISBN 978-1-4471-4548-6, lire en ligne), p. 190
  8. a b c et d (en) « Configuration de Cross-Skagerrak » (consulté le 19 janvier 2013)
  9. (en) « ABB commissions HVDC control upgrade in Scandinavia », sur ABB (consulté le 11 août 2014)
  10. « Demark, Norway to build fourth interconnector », sur PowerGen Worldwide (consulté le 31 juillet 2014)
  11. (da) « Skagerrak: Kabler for en lille milliard » [archive du ], sur Energinet.dk, (consulté le 31 juillet 2014)
  12. (da) « 130 mio. euro til ny teknologi på Skagerrak 4 » [archive du ], sur Energinet.dk, (consulté le 31 juillet 2014)
  13. (da) « Nyt kabel til Norge vil sikre elnettet mod fejl og nedbrud » [archive du ], sur Ing.dk, (consulté le 31 juillet 2014)
  14. (en) « Skagerrak 4, Excellent benefits through interconnections », sur ABB (consulté le 31 juillet 2014)
  15. (en) « A powerful combination », sur ABB (consulté le 12 janvier 2015)

BibliographieModifier

  • (en) Jos Arrillaga, High Voltage Direct Current Transmission, Institution of Electrical Engineers, (ISBN 0-85296-941-4)
  • (en) B. Jansson, D. Norman, P.L. Thomsen et A. Strandem, New Features of the Skagerrak 3 HVDC Intertie, Nouvelle-Zélande, CIGRÉ,
  • (en) J.E. Larsen et A. Strandem, Installation of Skagerrak 3 - a 350 kV HVDC Link between Norway and Denmark, CIGRÉ,
  • (en) O. Hauge, S. Vikanes, E. Andersen et G. Styrbro, « papers 14.04. The Skagerrak HVDC Transmission scheme."System design features and service experiment" », Electra, CIGRÉ, no 63,‎