Le fait que les habitants du Lone Star State souffrent de pannes d’électricité face à un hiver inhabituellement rigoureux est quelque peu choquant. Tout d’abord, l’hiver au Texas? Deuxièmement, n’est-ce pas les vagues de chaleur estivales qui causent les pannes de courant dans cette région?

Si tu mentionnais le Texas à un Européen, ils penseraient peut-être aux cow-boys, à l’huile, à la série télévisée à succès Dallas, et s’ils étaient des lecteurs européens de Hackaday, probablement le géant des semi-conducteurs Texas Instruments. Le seul État des États-Unis avec une clause de sécession s’avère également avoir son propre réseau électrique indépendant des États voisins.

Un portrait précis et contemporain d'un Texan typique, tel que compris par les Européens.  Carol M. Highsmith, domaine public.
Un portrait précis et contemporain d’un Texan typique, tel que compris par les Européens. Carol M. Highsmith, domaine public.

L’Amérique est sûrement un endroit d’une telle ingéniosité que cela serait impossible, nous pleurons en regardant de loin les carrés rouges proliférer sur la carte des pannes. Il s’avère que pour une fois la séquence indépendante dont on nous dit qu’elle définit le Texas pourrait être sa perte. Nous sommes habitués à ce que nos pays européens soient liés au reste du réseau continental, mais comme le réseau texan est seul, il est incapable de siroter l’électricité de ses voisins en cas de besoin.

Plongeons-nous dans la mécanique du maintien d’un réseau électrique, avec les malheureux Texans pour le moment comme sujet de test.

Combinaison de générateurs de charbon, de gaz naturel, d’énergie nucléaire et éolienne assommés par le froid

Si un réseau électrique était aussi simple qu’un ensemble de centrales électriques connectées à plein temps à une charge constante, son fonctionnement serait une affaire relativement simple de pelleter une sorte de carburant à une extrémité et de bénéficier de l’électricité à l’autre. . Malheureusement, la réalité de l’alimentation d’une population humaine n’est jamais aussi prévisible, et le service public de réseau joue un jeu constant d’anticipation de la demande variable afin de l’adapter à la capacité de production. Des centrales électriques entières existent avec l’application spécifique de fournir une puissance supplémentaire quasi instantanée – vous vous souvenez peut-être de notre rapport sur Electric Mountain au Royaume-Uni. Les stratèges du réseau se font un devoir de prédire nos actions en fonction de la consommation d’énergie à la minute près.

Étant donné que le Texas a des étés chauds et fulgurants, ils sont habitués à leurs périodes de pointe de charge lorsque les Texans mettent en marche leur climatisation en masse, les hivers relativement doux dans un État bordant le golfe du Mexique ne stressant guère le système. Mais ici, nous avons une tempête parfaite d’installations énergétiques fermées par le temps incapable de faire face à la demande supplémentaire, le Texas s’est tourné vers le chauffage électrique pour les garder au chaud.

Leur vague de froid actuelle a remplacé le climat relativement doux par l’Arctique gelé, provoquant des tempêtes de verglas qui ont interrompu la moitié de la production d’énergie éolienne de l’État dimanche matin. Selon l’exploitant du réseau Electric Reliability Council of Texas (ERCOT), la majorité des centrales de production qui ont été mises hors ligne par le début du froid dimanche étaient une combinaison de gaz, de charbon ou d’énergie nucléaire. (Des pannes au Mexique ont également été signalées en raison de gazoducs gelés en provenance du Texas.) Alors que l’énergie éolienne représentait un quart de la production d’électricité du Texas en 2020, ces turbines ne fonctionneraient pas à pleine capacité pendant les mois d’hiver.

Amérique du Nord, en termes de réseau électrique.  Fjbfour, domaine public.
Amérique du Nord, en termes de réseau électrique. Fjbfour, domaine public.

En cas de besoin, pouvez-vous emprunter une tasse d’énergie à un voisin? L’Amérique du Nord continentale possède deux grands réseaux électriques, un de chaque côté des Rocheuses, et quelques réseaux plus petits dont le Texas Interconnect fait partie. La raison de son existence est historique, et en partie sa poursuite est due au fait qu’en tant qu’entité à un seul État, elle n’est pas soumise à certaines réglementations fédérales ou internationales (avec le Canada). Il a des interconnexions DC relativement modestes avec ses voisins, mais elles ne sont pas d’une capacité suffisante pour permettre aux générateurs dans des états plus chauds de prendre le relais. Il existe un plan ambitieux pour un projet d’interconnexion CC beaucoup plus vaste pour relier les réseaux de l’Est et de l’Ouest au réseau texan, ce qui nous donne à son tour une chance de voir comment les réseaux sont synchronisés.

La synchronisation de phase rend la connexion des réseaux CA difficile

Énormes thyristors utilisés dans les usines de conversion de la liaison CC entre les îles du Nord et du Sud, New Zwaland.  Marshelec, CC BY-SA 3.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0 data-lazy-src=

La connexion de deux réseaux électriques CA ne consiste pas simplement à les câbler ensemble, car leur fréquence et leur phase CA doivent correspondre exactement pour qu’une connexion fonctionne. Le réseau du Texas a la même fréquence nominale de 60 Hz que ses voisins, mais en pratique, il y aura une légère différence de fréquence et de phase qui ne peut être conciliée sans l’étape peu pratique consistant à éteindre tout l’état et à redémarrer tous ses générateurs en synchronisation. La solution lors du transfert de puissance entre réseaux est donc de la convertir en courant continu pour l’étage intermédiaire, puis de nouveau en courant alternatif à la fréquence et à la phase correctes du réseau. De nombreux câbles sous-marins, tels que ceux reliant le Royaume-Uni, la Scandinavie et l’Europe continentale, adoptent cette approche, ce qui signifie que ces réseaux sont liés à des fins d’échange de puissance mais pas synchronisés. Ainsi, lorsqu’en 2018 une impasse politique au Kosovo a provoqué un déséquilibre de charge qui a envoyé la fréquence du réseau européen dans une spirale descendante, le réseau britannique n’a pas été affecté. C’est ainsi que l’ambitieuse interconnexion de réseau américaine mentionnée précédemment devrait fonctionner, avec des liaisons CC des trois réseaux se réunissant au Nouveau-Mexique avec une interconnexion de câbles supraconducteurs pour une augmentation supplémentaire de l’efficacité.

L’électricité à l’échelle dans laquelle la plupart des lecteurs de Hackaday se trouvent est un jeu d’enfant à gérer avec un régulateur de commutation ici et là ou peut-être même un disjoncteur ou deux dans les circuits secteur de faible puissance. À l’échelle d’un réseau, d’un pays ou d’un continent bien qu’il entre dans un ordre de grandeur dans lequel un seul dispositif de commutation à semi-conducteur peut avoir la taille d’une petite maison, et les ingénieurs doivent se préoccuper non seulement des questions de gestion de l’énergie, mais aussi aussi les comportements humains et la géopolitique. Si vous êtes un lecteur Texan Hackaday à la recherche d’une vague de froid, vous avez notre sympathie et nos meilleurs vœux pour un dégel rapide, et en attendant, pour le reste d’entre nous, il convient de se rappeler que cela pourrait tout aussi bien se produire ailleurs.

Image d’en-tête comprenant la carte des États-Unis, Wapcaplet, CC BY-SA 3.0.