Beaucoup de gens sont surpris d’apprendre que l’électricité, de par sa nature même, ne peut pas être stockée – du moins pas économiquement en quantités appréciables (au-delà de ce que vous trouvez dans une batterie).
Cela signifie que l’électricité doit être produite et fournie au moment même où elle est nécessaire. Le système de transmission, qui vous fournit de l’électricité à la vitesse étonnante de 186 000 miles par heure (presque la vitesse de la lumière), est ce qui rend cela possible.
Tel que présenté dans Comprendre la transmission, le système électrique implique la production, la transmission et la distribution. Le besoin de transport en vrac est apparu à mesure que la demande d’électricité augmentait et que les petites centrales électriques qui ne pouvaient desservir que leur zone locale devenaient insuffisantes. Des centrales plus récentes et plus grandes sont entrées en service, mais étaient loin de leurs centres de charge. Les lignes de transmission étaient le seul moyen d’acheminer l’électricité là où elle était nécessaire.
La connexion des centrales de production à distance avec les clients s’est également heurtée à un petit problème. L’électricité doit être transmise par des fils. Les fils créent une résistance au flux d’énergie et cette résistance crée de petites pertes sur la quantité d’énergie transmise. Ce n’est pas grave pour de très courtes distances; mais plus le fil est long, plus la résistance est grande et plus les pertes sont importantes.
La solution au problème de résistance consiste à augmenter la tension (ou la « pression ») à laquelle l’électricité est poussée à travers les fils. Plus la tension est élevée, meilleur est le système capable de surmonter la résistance et de minimiser les pertes. Ainsi, aujourd’hui, alors que l’énergie se déplace à des centaines ou des milliers de kilomètres de l’endroit où elle est produite, des lignes à haute tension de 230, 500 ou 765 kilovolts assurent une livraison rapide de l’électricité et une perte d’énergie minimale.
Pourquoi les tours ?
Alors que l’électricité peut parfois être transmise sous terre, les systèmes de transmission « en vrac » impliquent souvent l’utilisation de fils aériens. Une question fréquemment posée au sujet des câbles aériens, en particulier pendant le processus de planification, est la raison pour laquelle de telles grandes tours en acier sont nécessaires. Les deux réponses principales sont la sécurité et la fiabilité.
En raison des tensions élevées utilisées, les réglementations locales, étatiques et fédérales imposent certaines exigences sur la façon dont les lignes de transmission peuvent être construites, principalement dans l’intérêt de la sécurité. L’une de ces exigences clés concerne la hauteur de la masse des fils à leur point le plus bas (appelé « dégagement »). Les exigences de dégagement peuvent varier considérablement, mais une portée de 60 à 150 pieds est courante.
Avec les exigences de hauteur vient un besoin complémentaire de stabilité. Les lignes de transmission et les tours doivent résister à toute une gamme d’adversités environnementales, des vents violents aux températures glaciales, où les dépôts de glace et de neige pourraient autrement provoquer l’effondrement d’une ligne ou d’une tour. En conséquence, les tours à haute tension sont généralement construites pour résister aux tempêtes dites de 50 ou 100 ans afin de s’assurer que les conditions météorologiques n’interrompent pas le flux de service électrique.
À l’intérieur des fils
L’alimentation est transmise à travers les fils via un courant alternatif ou continu. Les deux ont leurs avantages; cependant, le « courant alternatif triphasé » est la méthode la plus utilisée dans le monde.
Dans une transmission en courant alternatif (AC), le mouvement de la charge électrique s’inverse périodiquement. Dans un système CA triphasé, les fils transportent trois courants alternatifs qui atteignent leurs valeurs de crête à des moments différents.
Les systèmes triphasés peuvent également être classés en systèmes à circuit simple ou double. Double circuit signifie que la structure de transmission porte deux ensembles de lignes de transmission, chacune avec trois conducteurs (fils).
Dans les systèmes à courant continu (CC), le flux de charge électrique n’est que dans une direction. Le système fonctionne à une tension maximale constante, ce qui peut permettre aux couloirs de ligne de transmission existants avec des conducteurs de taille égale de transporter 100% plus d’énergie dans une zone de consommation supérieure à celle du courant alternatif.
Les systèmes à courant alternatif triphasé sont généralement considérés comme moins coûteux que les systèmes à courant continu pour des distances plus courtes (moins de 400 milles). AC offre également certains avantages en termes de montée et de descente (voir ci-dessous) qui peuvent en faire une meilleure alternative lorsqu’il existe plusieurs connexions intermédiaires dans la ligne pour desservir les communautés le long de son itinéraire.
Pour des distances plus longues, et même pour des distances plus courtes où il n’y a pas de prises intermédiaires, les systèmes à courant continu présentent deux avantages en plus de leur capacité à fournir beaucoup plus de puissance. Premièrement, ils sont moins coûteux à construire car ils n’ont pas besoin d’autant de fils que pour les systèmes triphasés. Deuxièmement, ils sont plus efficaces en termes de prévention des pertes électriques dues à la résistance dans les lignes. Troisièmement, les systèmes à courant continu offrent également des avantages liés à la fiabilité. Les changements de charge qui pourraient entraîner la désynchronisation de certaines parties d’un réseau CA et entraîner des pannes en cascade dans le réseau n’auraient pas le même effet sur un système CC, par exemple. De plus, dans un tel scénario, la liaison CONTINUE pourrait être utilisée pour stabiliser le réseau alternatif.
Les systèmes à courant continu présentent également leurs inconvénients, notamment en termes de coût et d’équipement associés à l’augmentation et à la baisse de la tension, mais compte tenu des avantages du courant continu dans son ensemble, de nombreux opérateurs de réseaux électriques envisagent une utilisation plus large des systèmes à courant continu.
Montée et descente
Alors que l’électricité traversant les fils haute tension peut avoir une force de 230, 500 ou 765 kilovolts derrière elle, ce n’est pas ainsi que le flux commence à la source de production; ni comment il se termine lorsque l’électricité arrive à votre maison. En fait, ce ne serait pas sûr de chaque côté si c’était le cas.
Au sein du réseau de transport, les sous-stations et les transformateurs jouent un rôle clé en augmentant la tension du générateur aux lignes de transport en vrac, et en la réduisant des lignes de transport aux lignes locales qui distribuent l’électricité à votre maison.
Lorsque l’énergie est générée, elle quitte la source de la centrale électrique à environ 20 kilovolts. Les transformateurs augmentent ensuite la tension au niveau approprié pour la transmission – un peu comme une pompe serait utilisée pour augmenter la pression de l’eau dans un tuyau.
Lorsque l’électricité atteint un centre de charge, le service public local la livre aux quartiers et aux entreprises en abaissant la tension à travers les sous-stations et en l’envoyant le long d’un réseau de lignes d’alimentation (ou de distribution). Les tensions pour les lignes de distribution primaire fonctionnent entre 2,4 et 34,5 kilovolts. La tension est ensuite redescendue à travers les transformateurs de distribution jusqu’à des niveaux résidentiels de 120 et 240 volts.