Pertes dnergie dans les rseaux de distributiondlectricit

Mathias Laffont

Juin 2009

NE PAS CITER SANS AUTORISATION

Les pertes dnergie dans les rseaux lectriques, et dans les rseaux de distribution enparticulier, reprsentent pour les gestionnaires de rseaux un enjeu important. Le premierrapport dactivit de la socit ERDF, filiale 100% de EDF, insiste sur limportance delamlioration de la performance nergtique des rseaux de distribution. En amliorantcette performance, la socit de distribution rduit sa consommation dnergie ce quidiminue lempreinte carbone de son entreprise et ce qui permet de rduire ses cots lis aurachat dnergie destin la couverture des pertes. Les pertes reprsentent sur le rseaude distribution pas moins de 5% de lnergie consomme. Par ailleurs, sachant que lalongueur des lignes et les conditions climatiques ont un impact sur les pertes dnergie,ces dernires jouent aussi un rle dans la manire dont les rseaux de distribution doiventtre conus et installs. Cette note traite des aspects techniques et conomiques des pertesdnergie dans les rseaux de distribution dlectricit. Je prsenterai dabord les facteurstechniques influenant les pertes dnergie dans un rseau de distribution dlectricit puisla manire dont ERDF estime et comptabilise ces pertes. Enfin, je prsenterai les solutionsqui peuvent tre apportes pour les rduire.

1 Dterminants des pertes dans un rseau de distribu-

tion

Les pertes dnergie dans un rseau de distribution dlectricit sont de deux types:les pertes techniques et les pertes non-techniques. Les pertes non-techniques proviennentde consommations dnergie non enregistres. Ces pertes rsultent de vols dnergie ou

Je tiens remercier tout particulirement Philippe Loevenbruck pour ses explications concernantle phnomne des pertes dnergie dans les rseaux de distribution dlectricit et sur les mthodes decomptabilisation utilises par Electricit Rseaux Distribution France.

1

derreurs de comptage et/ou de profilage. Dans certains pays en voie de dveloppement,ces pertes peuvent reprsenter jusqu 50% de la quantit dlectricit injecte dans lerseau notamment en raison de problme de corruption.1

Les pertes techniques ont, elles aussi, des origines diverses. Elles peuvent provenirde pertes en ligne (dveloppes plus bas) mais aussi de pertes lies la transformationhaute tension (HT)/basse tension (BT). Ces pertes apparaissent dans les transforma-teurs HT/BT2 et proviennent de pertes par effet Joule et de pertes fer. Les pertesfer dpendent de la tension et de la frquence dalimentation, des matriaux utiliss etsont dcomposes en pertes par courants de Foucault et pertes par hystrsis.3 ERDFmne actuellement une politique de remplacement de certains de ses transformateurs afindamliorer la performance nergtique de ses rseaux de distribution. Dici fin 2010, 9000transformateurs haut rendement remplaceront les transformateurs contenant du PCB(polychlorobiphnyle) ce qui permettra ERDF de diminuer ses pertes lectriques an-nuelles de 21GWh, soit la consommation dune ville de 5000 habitants.4

Comme les pertes prsentes dans les transformateurs, les pertes en ligne sont mettreen relation avec des phnomnes physiques des rseaux de distribution et plus partic-ulirement avec les pertes thermiques dues leffet Joule. Il convient de noter ici queles pertes lies la distribution dlectricit sont plus importantes que celles constateslors du transport de llectricit. En effet, la tension est plus faible au sein dun rseaude distribution, or le phnomne de pertes thermiques est une fonction dcroissante de latension laquelle le courant circule. Dautre part, le fait dutiliser un courant alternatifdans les rseaux de distribution engendre plus de pertes que si les distributeurs utilisaientdu courant continu.5

Les pertes gnres par le rseau de distribution dpendent des quantits injectesau niveau des postes sources, cest--dire au niveau des transformateurs HT/BT, entre lerseau de transport (exploit par RTE) et le rseau de distribution (exploit par ERDF). Lalongueur des lignes installes peut aussi tre source de pertes en augmentant la rsistancedes lignes. Par consquent, les pertes cres par la distance ne sajoutent pas de manirelinaire aux pertes lies la quantit dlectricit sous-tire mais se multiplient avec cesdernires. Pour synthtiser, la rsistance dun rseau R peut se dcomposer de la manire

1Selon un rapport sur le contrle des pertes non-techniques, publi par lIEPF et disponible ladresse:http://www.iepf.org/ressources/ressources-pub-desc.php?id=239

2Les transformateurs HT/BT constituent la frontire entre le rseau de transport et le rseau dedistribution.

3Pour plus de dtails voir: http://stielec.ac-aix-marseille.fr/cours/bonnet/transformateur.htm.4Ces chiffres sont donnes dans le rapport de dveloppement durable 2008 dERDF, disponible

ladresse: http://www.erdfdistribution.fr/electricite-reseau-distribution-france/distribution-d-electricite-130321.html.

5Cependant le courant continu semble tre plus contraignant quant son utilisation par les particuliers.

2

Figure 1: Schma des pertes (Source : site ERDF)

suivante:

R = l

o l est la longueur de ligne installe dans le rseau et est la rsistance par mtre deligne installe exprime en Ohm par mtre (/m) par exemple. Cette rsistance dpendde la nature du cble utilis (matriau utilis pour la section de cble, diamtre) et dutype douvrage (arien ou sous-terrain).

2 Estimation des pertes en ligne

Selon la loi du 10 fvrier 2000 qui donne aux gestionnaires de rseaux la responsabilitde lachat dlectricit pour compenser les pertes, ERDF est responsable de la couverturedes pertes qui apparaissent dans son rseau de distribution.

En physique, les pertes sur une ligne ou dans un rseau lectrique sont calcules grce lquation de leffet Joule, cest--dire:

Lth = R I2

o R reprsente la rsistance de la section de ligne considre et I lintensit du courantdans ce rseau.

Lvaluation des pertes se fait ex-post et dpend de la courbe de charge des injectionsissues du rseau RTE. Concrtement, ERDF ralise une rgression statistique. ERDFconsidre un panel de rseau pour dterminer le profil moyen dun rseau de distributionsur le territoire franais. Lquation rsultant de cette estimation nest pas simplement le

3

carr de lintensit multipli par la rsistance mais est un polynme de degr 2. En ralit,compte tenu des donnes utilises, il existe deux polynmes de degr 2, un permettantdvaluer les pertes en semaine et lautre permettant dvaluer les pertes le week-end et lesjours fris. Ce ddoublement sexplique par le fait que les courbes de charge des injectionssont diffrentes pour les jour de semaine dune part et dautre part les week-ends et joursfris. Cela permet davoir une estimation plus juste des pertes effectives sur le rseau.Ces polynmes sont de la forme:

L = aP 2 + bP + c LP

= aP + b+c

P(1)

o L (les pertes) et P (les injections de RTE dans le rseau ERDF) sont exprimes enkW . Les coefficients des rgressions sont tels que a > 0, b > 0, c > 0 pour les week-endset jours fris et a > 0, b < 0, c > 0 pour les jours en semaine. La constante c permet decomptabiliser les pertes qui sont indpendantes des pertes lies la puissance. La partielinaire (coefficient b) dpend du degr de synchronisme entre les charges. Le polynmepermettant dvaluer les pertes en semaine6 est:

L = P 2 1, 08 109 P 1, 09 102 + 9, 64 105

Concernant le week-end, le polynme prend la forme:

L = P 2 9, 09 1010 + P 1, 48 102 + 5, 02 105

Le tableau ci-dessous rsume lvolution des coefficients semaine et week-end entre2005 et 2009.

En ralit, le polynme servant estimer les pertes sur le rseau de distribution devraittre un polynme de degr 4. En effet, des pertes sont transportes sur des pertes"puisquil faut y ajouter les pertes dues au transport de llectricit (rseau RTE). En fait,il faut transporter plus dlectricit afin de couvrir les pertes qui apparaissent sur le rseau,mais cette augmentation du volume dlectricit transporte entrane une augmentationdes pertes du rseau.7

En 2008, les pertes dnergie sur les rseaux de distribution dERDF (y compris lespertes non techniques) reprsentent 5%, soit 20 TWh, de lnergie totale consomme (346TWh).8

6Source ERDF: http://www.erdfdistribution.fr7De mme dans le transport arien, du krosne est transport pour couvrir la surconsommation de

krosne lie au transport du combustible.8Aux Etats-Unis, les pertes sur le rseau reprsentent 7% de la production dlectricit en raison du

mauvais tat du rseau (Les Echos, 27/04/09: Etats-Unis: un rseau lectrique sobre et intelligent).

4

Figure 2: Evolution des coefficients (Source: site ERDF)

3 Traitement des pertes

Au niveau comptable, en 2008, les pertes (1,2 milliard deuros) reprsentent environ10% du chiffre daffaires (11,3 milliard deuros) ralis par ERDF. Les pertes sont r-munres grce un prix moyen estim 60e/MWh mais qui varie beaucoup puisquellectricit servant couvrir les pertes est achete sur le march de gros. Les fluctuationsdu march de gros ne sont pas supportes par ERDF grce un compte de rgularisationpour couverture de pertes. Si le cot effectif li la couverture des pertes est suprieur aucot prvu, la diffrence est paye par la CRE. De mme, en cas de situation favorable surle march de gros, le surplus ralis par ERDF est plac dans ce compte de rgularisation.

Selon le TURPE 3,9 lactivit lie la couverture des pertes est incluse dans les cotscalculs par la CRE. Le tarif en vigueur permet de payer les cots de manire gnraleainsi que de dgager une marge calcule de telle sorte quelle rmunre le rseau install.Il apparat donc que la logique de tarification dans la couverture des pertes est une logiquede cot moyen et non une logique de cot marginal.

4 Rduction des pertes