Début Noir - Black start

Pour les espèces d'oiseaux, voir Blackstart .
Horizon de la ville au crépuscule avec seulement quelques fenêtres d'immeuble de bureaux allumées
Toronto pendant la panne d'électricité du nord - est de 2003 , qui a nécessité le démarrage à l' arrêt des centrales.

Un démarrage noir est le processus de remise en service d'une centrale électrique ou d'une partie d'un réseau électrique sans dépendre du réseau de transport d'électricité externe pour se remettre d'un arrêt total ou partiel.

Normalement, l'énergie électrique utilisée dans l'usine est fournie par les propres générateurs de la station. Si tous les générateurs principaux de l'usine sont arrêtés, l'alimentation de service de la station est fournie en tirant l'électricité du réseau via la ligne de transmission de l'usine. Cependant, lors d'une panne étendue, l'alimentation hors site du réseau n'est pas disponible. En l'absence d'alimentation du réseau, un soi-disant démarrage noir doit être effectué pour amorcer le réseau électrique en fonctionnement.

Pour fournir un démarrage au noir, certaines centrales électriques disposent de petits générateurs diesel , normalement appelés générateurs diesel à démarrage noir (BSDG), qui peuvent être utilisés pour démarrer de plus gros générateurs (de plusieurs mégawatts de capacité), qui à leur tour peuvent être utilisés pour démarrer le principal générateurs de centrales électriques. Les centrales utilisant des turbines à vapeur nécessitent une puissance de service de la station pouvant atteindre 10 % de leur capacité pour les pompes d'eau d'alimentation des chaudières, les soufflantes d'air de combustion à tirage forcé des chaudières et pour la préparation du combustible. Il n'est pas économique de fournir une capacité de veille aussi importante à chaque station, de sorte que l'alimentation électrique doit être fournie sur des lignes de raccordement désignées à partir d'une autre station.

Souvent, les centrales hydroélectriques sont désignées comme sources de démarrage forcé pour rétablir les interconnexions des réseaux. Une centrale hydroélectrique a besoin de très peu de puissance initiale pour démarrer (juste assez pour ouvrir les portes d'admission et fournir un courant d' excitation aux bobines de champ du générateur) et peut mettre en ligne un gros bloc de puissance très rapidement pour permettre le démarrage de combustibles fossiles ou des centrales nucléaires. Certains types de turbines à combustion peuvent être configurés pour un démarrage au noir, offrant une autre option dans les endroits sans centrales hydroélectriques appropriées. En 2017, un service public du sud de la Californie a démontré avec succès l'utilisation d'un système de stockage d'énergie basé sur une batterie pour fournir un démarrage au noir, en allumant une turbine à gaz à cycle combiné à partir d'un état de veille.

Une méthode de démarrage noir (basée sur un scénario réel) pourrait être la suivante :

  1. Une batterie démarre une petite génératrice diesel installée dans une centrale hydroélectrique.
  2. La puissance de la génératrice diesel est utilisée pour mettre la centrale en service.
  3. Les principales lignes de transmission entre la station et d'autres zones sont sous tension.
  4. L'énergie de la centrale est utilisée pour démarrer l'une des centrales de charge de base à combustible nucléaire/fossile .
  5. La puissance de la centrale de charge de base est utilisée pour redémarrer toutes les autres centrales électriques du système.

L'électricité est finalement réaffectée au réseau général de distribution d'électricité et envoyée aux consommateurs. Souvent, cela se produira progressivement ; démarrer toute la grille à la fois peut être irréalisable. En particulier, après une longue panne pendant l'été, tous les bâtiments seront chauds, et si le courant était rétabli en même temps, la demande des unités de climatisation à elle seule serait supérieure à ce que le réseau pourrait fournir. Dans les climats plus froids, un problème similaire peut survenir en hiver avec l'utilisation d'appareils de chauffage.

Dans un réseau plus vaste, le démarrage au noir impliquera souvent le démarrage de plusieurs « îlots » de production (chacun alimentant des zones de charge locales), puis la synchronisation et la reconnexion de ces îlots pour former un réseau complet. Les centrales électriques concernées doivent être capables d'accepter des changements de charge importants lors de la reconnexion du réseau.

Il existe plusieurs méthodes pour démarrer un démarrage à froid : barrages hydroélectriques, générateurs diesel, turbines à gaz à cycle ouvert, batteries de stockage à l'échelle du réseau, stockage d'air comprimé, etc. Différents réseaux de production adoptent des approches différentes, en fonction de facteurs tels que le coût, la complexité, la disponibilité des ressources locales (c.

Achat de services de démarrage noir

Un opérateur chez ERCOT

Au Royaume-Uni , le gestionnaire de réseau a conclu des accords commerciaux avec certains producteurs pour fournir une capacité de démarrage au noir, reconnaissant que les installations de démarrage au noir ne sont souvent pas rentables dans le fonctionnement normal du réseau. Il est typique des centrales électriques de l'époque du Central Electricity Generating Board d'avoir un certain nombre de turbines à gaz à cycle ouvert (c. ceux-ci seraient normalement démarrés par des générateurs diesel, alimentés à leur tour par des batteries de secours. Une fois à pleine vitesse, ces turbines à gaz sont capables de faire fonctionner l'ensemble de la centrale associée au reste de la centrale, éliminant ainsi le besoin d'apporter de l'électricité à partir d'autres sources.

Dans les gestionnaires de réseau indépendants nord-américains , l'approvisionnement en démarrage noir varie quelque peu. Traditionnellement, la capacité de démarrage au noir était fournie par les services publics intégrés et les coûts étaient intégrés dans un tarif général pour le recouvrement des coûts auprès des contribuables. Dans les zones qui ne font pas partie des marchés organisés de l'électricité, il s'agit toujours du mécanisme d'approvisionnement habituel. Dans l'environnement déréglementé, cet héritage d'approvisionnement basé sur les coûts a persisté, et même les récentes révisions des pratiques d'approvisionnement au noir, comme celle de l' ISO New England , ne sont pas nécessairement passées à un approvisionnement concurrentiel, même si les juridictions déréglementées ont un privilégier les solutions de marché plutôt que les solutions de coût de service (COS).

Aux États-Unis, il existe actuellement trois méthodes pour se procurer un démarrage noir. La plus courante est le coût du service, car c'est la méthode la plus simple et la plus traditionnelle. Il est actuellement utilisé par le California Independent System Operator (CAISO), le PJM Interconnection et le New York Independent System Operator (NYISO). Bien que les mécanismes exacts diffèrent quelque peu, la même approche est utilisée, à savoir que les unités sont identifiées pour le démarrage forcé et leurs coûts documentés sont ensuite financés et intégrés dans un tarif pour le recouvrement des coûts.

La deuxième méthode est une nouvelle méthode utilisée par l'Independent System Operator of New England (ISO-NE). La nouvelle méthodologie est un paiement forfaitaire qui augmente la rémunération de black-start pour encourager la prestation. La compensation mensuelle versée à un producteur est déterminée en multipliant un taux forfaitaire (en $/KWyr et appelé valeur Y $) par la capacité mensuelle réclamée de l'unité pour ce mois. Le but de ce changement était de simplifier l'approvisionnement et d'encourager la fourniture du service de démarrage automatique.

La dernière méthode d'approvisionnement est l'approvisionnement concurrentiel tel qu'il est utilisé par l' Electric Reliability Council of Texas (ERCOT). Dans le cadre de cette approche, ERCOT gère un marché pour les services de démarrage forcé. Les participants intéressés soumettent un coût horaire de disponibilité en $/h (par exemple 70 $ de l'heure), souvent appelé offre de disponibilité, qui n'est pas lié à la capacité de l'unité. À l'aide de divers critères, ERCOT évalue ces offres et les unités sélectionnées sont payées en tant qu'offre, en supposant une disponibilité de 85 %. Chaque unité de black-start doit pouvoir démontrer qu'elle peut démarrer une autre unité à proximité immédiate, afin de commencer l'îlotage et la synchronisation du réseau.

Dans d'autres juridictions, il existe différentes méthodes d'approvisionnement. L'opérateur du système néo-zélandais achète la capacité de démarrage via un appel d'offres. D'autres juridictions semblent également avoir une sorte d'approvisionnement concurrentiel, bien que peut-être pas aussi structuré que celui d'ERCOT. Il s'agit notamment de l' Alberta Electric System Operator , ainsi que de l'Independent Electric System Operator de l'Ontario, qui utilisent tous deux une approche de « demande de propositions » à long terme similaire à celle de la Nouvelle-Zélande et de l'ERCOT.

Le premier démarrage noir sur le réseau allemand a été testé en 2017 à la centrale à batterie WEMAG de Schwerin sur un réseau déconnecté et isolé. L'usine de batteries WEMAG a prouvé qu'elle peut restaurer le réseau électrique après une perturbation majeure ou une panne d'électricité.

Limitations sur les sources de démarrage noir

Toutes les centrales ne sont pas adaptées à la capacité de démarrage au noir. Les éoliennes ne sont pas toujours adaptées au démarrage au noir car le vent peut ne pas être disponible en cas de besoin. Les éoliennes, les mini-centrales hydroélectriques ou les microcentrales hydroélectriques sont souvent connectées à des générateurs à induction qui sont incapables de fournir de l'énergie pour réalimenter le réseau. En 2020, le  parc éolien de Dersalloch de 69 MW a démarré une partie du réseau écossais, à l'aide de machines synchrones virtuelles . L'unité de démarrage au noir doit également être stable lorsqu'elle est utilisée avec la charge réactive élevée d'une longue ligne de transmission. De nombreuses stations de conversion de courant continu haute tension (HVDC) ne peuvent pas non plus fonctionner dans un système « mort », car elles nécessitent une alimentation de commutation du système à l'extrémité de la charge. Un schéma HVDC de convertisseur de source de tension basé sur la modulation de largeur d'impulsion (PWM) n'a pas une telle restriction.

Voir également

Les références

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Lectures complémentaires