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Master Génie civil- Génie Urbain (M1) Université Lille1/Polytech’Lille Année scolaire 2015 – 2016 Cours «Energie et développement durable» Chapitre 3 : Transport et distribution de l’énergie Professeur Isam SHAHROUR Directeur du laboratoire Génie Civil et géo-Environnement www.isamshahrour.com

Chapitre 3: Transport et distribution de l'énergie: pétrole, électricité et chauffage

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Master Génie civil- Génie Urbain (M1)

Université Lille1/Polytech’LilleAnnée scolaire 2015 – 2016

Cours «Energie et développement durable»Chapitre 3 : Transport et distribution de

l’énergie

Professeur Isam SHAHROUR Directeur du laboratoire Génie Civil et géo-Environnement

www.isamshahrour.com

Page 2: Chapitre 3:  Transport et distribution de l'énergie: pétrole, électricité et chauffage

• Chaine  de  transport  de  l’énergie• Transport  du  pétrole• Réseaux  électriques  • Réseaux  de  chauffage  

Plan  du  cours

Page 3: Chapitre 3:  Transport et distribution de l'énergie: pétrole, électricité et chauffage

• Chaine  de  transport  de  l’énergie• Transport  du  pétrole• Réseaux  électriques  • Réseaux  de  chauffage  

Plan  du  cours

Page 4: Chapitre 3:  Transport et distribution de l'énergie: pétrole, électricité et chauffage

Chaine  de  transport  de  l’énergie

Energie  primaire  

Energie  Secondaire  Energie  Finale

Lieux  de  production• Energie  fossile,  • Energie  renouvelable  

Lieux    reconversion• Centrale  Electrique• Raffinerie,..

Lieux  de  consommations  

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Transport  avec  stockage  

Lieux  de  production• Energie  fossile,  • Energie  renouvelable  

Lieux    reconversion• Centrale  Electrique• Raffinerie,..• Chaufferie  

Lieux  de  consommations  

StockageStockage

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• Introduction  • Transport  du  pétrole• Réseaux  électriques  • Réseaux  de  chauffage  

Plan  du  cours

Page 7: Chapitre 3:  Transport et distribution de l'énergie: pétrole, électricité et chauffage

Transport  par  Pipeline  (oléoduc,  gazoduc)  

Utilisation  des  conduites  pour  transporter  le  pétrole  

Très  largement  utilisé (1  million  de  kilomètres  dans  le  monde)

Utilisé  pour  la  première  fois  en  1865  aux  Etats-­‐Unis.

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Types  de  Pipeline    

Posées  sur  le  sol  Enterrées

En  mer

Page 9: Chapitre 3:  Transport et distribution de l'énergie: pétrole, électricité et chauffage

Transport  par  Pipeline

Avantages  par  rapport  aux  autres  modes  de  transport:• Coût  plus  faible• Sécurité• Impact  sur  l’environnement  

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Transport  par  Pipeline  

Risques:• Exposition  aux  conditions  climatiques• Dégradation  (fissures,..)• Exposition  aux  risques  de  conflits

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Oléoduc  Droujba transporte  du  pétrole  sur  4 000  :    Sud-­est  de  la  Russie,  Hongrie,  Pologne,  Allemagne.

http://www.lemonde.fr/europe/infographie/2007/01/09/trace-­‐de-­‐l-­‐oleoduc-­‐droujba_853563_3214.html

Page 12: Chapitre 3:  Transport et distribution de l'énergie: pétrole, électricité et chauffage

Gazoduc  entre  Allemagne  et  Russie  (ARTE  Cartes)https://www.youtube.com/watch?v=EZfAEgAUefw

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Pipeline  (oléoduc,  gazoduc)  :  SécuritéVideo A1  Pipeline  Explosion      (https://www.youtube.com/watch?v=qwGgx-­‐uyyvY)

Page 14: Chapitre 3:  Transport et distribution de l'énergie: pétrole, électricité et chauffage

Transport  par  voie  maritimeLes pétroliers: des navires servant à transporter le pétrole

Plusieurs types:• Les supertankers: pour les grandes distances (Europe -

Moyen Orient) ;• Les classiques: pour de moyennes distances

• Les ravitailleurs: pour ravitailler les navires, ou d'alléger les gros pétroliers

• Les côtiers: transport de produits le long des côtes.

• Les barges: peuvent être tirées par un remorqueur, environ 60 % du trafic intérieur en Amérique du Nord

Page 15: Chapitre 3:  Transport et distribution de l'énergie: pétrole, électricité et chauffage

Points  stratégiques  de  transport  maritime  

Page 16: Chapitre 3:  Transport et distribution de l'énergie: pétrole, électricité et chauffage

Transport  par  voie  maritime

Les principaux risques • Conditions maritimes (chavirage…) ;• Collision • Feu ou explosion• Fissures de coque (fuites,…)• Pollution lors de chargement/déchargement• Piraterie

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Transport  par  voie  maritime

• Amoco  Cadiz  –France,  1978 (223  000  tonnes  déversées)  ;• Exxon  Valdez,  Etats  Unis,  en  1989  (37  000  tonnes  déversées) ;• Erika  France,  1999  (près  de  18  000  tonnes  déversées)  ;

Les marées noires:Déversement accidentel d’une grande quantité de produits pétroliers avec des conséquences très graves pour l’environnement

Page 18: Chapitre 3:  Transport et distribution de l'énergie: pétrole, électricité et chauffage

Marée  noire  Erika  Naufrage  du  pétrolier  Erika  le  12  décembre  1999  au  large  de  la  Bretagne,  transport  de  30  884  tonnes  de  fioul  lourd

Conséquences  • Pollution  de  400  km  de  côtes  par  250  000  de  fioul  lourd  • Entre  150  000  et  300  000  oiseaux  tués• Préjudice  écologique  :    371  millions  d'euros  

Page 19: Chapitre 3:  Transport et distribution de l'énergie: pétrole, électricité et chauffage

A3  Naufrage  de  l’Erikahttps://www.youtube.com/watch?v=-­‐AYb4_aOJXU  

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Transport  par  train

Présente  un  grand  intérêt  en  l’absence  de  pipeline  • Coût  • Impact  sur  l’environnement      

Risques  • Accident,  • déraillement,  • fuites,..

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Transport  par  camion  citerne

S’impose  en  l’absence  d’autres  modes,  notamment  pour  les  derniers  kilomètres

Inconvénients• Impact  sur  l’environnement• Risque  d’accidents• Dégradation  de  chaussées,…

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Transport  de  pétrole  par  train  – Canada  

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Transport  de  pétrole  par  trainhttps://www.youtube.com/watch?v=_ZOP9JjSth0

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Circuit  du  pétrole  en  France  

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Circuit  du  pétrole  en  France  

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Circuit  du  pétrole  en  France  

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• Chaine  de  transport  de  l’énergie• Transport  du  pétrole• Réseaux  électriques  • Réseaux  de  chauffage  

Plan  du  cours

Page 28: Chapitre 3:  Transport et distribution de l'énergie: pétrole, électricité et chauffage

Principe  

Centre  de  production  

de  l’électricité  

Transport  Haute  Tension

(HT)  

TransformateurTransformation  de  HT  vers  

Moyenne/basse  tension  (MT)

Consommateurs  

Distribution  

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Lignes  HTB  (Haute  Tension)   (400  kV)Lignes  HTA  (Moyenne  Tension)   (63  à  225  kV)Ligne  Basse  Tension   (230  et  400  V)

(2)

(3)

(4)(6)

RTESystème  électrique  en  France

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ERDF

RTE

Système  électrique  en  France

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A4  Marché  de  l’énergie:    structure  et  fonctionnementhttps://www.youtube.com/watch?v=Edw7RiZ2fHE

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A3  Transport  et  distribution  de  l’énergiehttps://www.youtube.com/watch?v=TQg2Y0kp2vI

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Défis  du  système  électrique

A  l'horizon  2030,  L’agence  internationale  de  l'énergie  estime  un  besoin  en  investissement  de  6  trillions  $  pour  l’infrastructure  de  transmission  et  de  distribution  et  autant  pour  la  génération.

1. La  demande  croissante  La  demande  croissante  d'électricité  est  liée  au  développement  urbain

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Défis  du  système  électrique

2.  Intégration  des  énergies  renouvelablesLe  développement  des  énergies  renouvelables  nécessite  des  solutions  innovantes  (technologie,  stockage,  logiciels,  compétences  de  gestion)  pour  leur  intégration  dans  le  réseau  électrique  et  plus  généralement  dans  la  stratégie  de  demande-­‐réponse.

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3.  Augmenter  l'efficacité  du  système  électrique• Environ  66%  de  l'énergie  primaire  est  perdue  dans  la  

conversion  d'énergie  (génération),• Jusqu'à  16%  de  l'électricité  est  perdue  dans  le  réseau  

(L’administration   de  l'énergie  des  États-­‐Unis  a  estimé  les  pertes  à  20  milliards  de  dollars  en  2005).

Défis  du  système  électrique

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4.  Augmenter  la  fiabilité  du  réseauAssurer  la  continuité  du  service  électrique,  qui  est  vitale  pour  l'industrie,  les  services  et  la  qualité  de  vie.

L’arrêt  du  service  peut  causer  d'énormes  perturbations  et  pertes  économiques.

Défis  du  système  électrique

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Sécurité  :  assurer  la  continuité  du  service

US  Blackout  (2003)• 50  Million  people  • 24  hours  for  full  recovery• Cost:    $6  to  $10  billion

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Le  coût  des  pannes  électriques  aux  Etats-­‐Unis:entre  80  milliards  et  188  milliards  $/  an

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5.  Compatibilité  des  réseauxLa  compatibilité  est  vital  pour  l'interconnexion  des  systèmes  entre  les  pays  ou  à  travers  les  continents.

Défis  du  système  électrique

Page 40: Chapitre 3:  Transport et distribution de l'énergie: pétrole, électricité et chauffage

Défis  du  système  électrique

6.  Adapter  le  réseau  au  nouveau  marché• Dans  un  marché  ouvert,  le  prix  de  l'électricité  

pourrait  fluctuer  considérablement  dans  une  journée.  

• L'innovation  est  nécessaire  pour  aider  les  utilisateurs  à  bénéficier  de  ces  opportunités  ou  (et)  à  réduire  leur  impact.

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7.  Réduire  la  demande  aux  heurs  de  pic    (Réduit  considérablement  les  infrastructures,..)

Deploying  battery  storage  in  commercial  buildings:  opportunities  and  challenges,  5  June  2013  |  Issue  3By  Amir  Kavousian,  Justin  Ho,  Larry  Win,  and  Heming  Yip

Défis  du  système  électrique

Page 42: Chapitre 3:  Transport et distribution de l'énergie: pétrole, électricité et chauffage

Réseau  électrique  de  la  Cité  Scientifique:

Projet  SunRise  Smart  City  

Page 43: Chapitre 3:  Transport et distribution de l'énergie: pétrole, électricité et chauffage

Réseau  électrique  de  la  Cité  Scientifique  A2

M6

HT:  20  kV

LT:  380  V

Supply

FAULT!!

19  sous-­‐stations

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Sous-­‐StationsH.T  (20  kV)

• Passage    MT  -­‐ BT• Mesure  des  consommations  et  

des    paramètres  de  pilotage• Pilotage

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kWh  /  m2  Ratio

0

500

1000

1500

Bâtim

ent  M

4Bâ

timent  …

Hall  Pilote  (C

18)

Bâtim

ent  C6

Bâtim

ent  CCA

S  …Bâ

timent  CER

LABâ

timent  P7

Bâtim

ent  SN6

Bâtim

ent  Sully

Polytech

Bâtim

ent  …

Bâtim

ent  C11

Bâtim

ent  C5

Bâtim

ent  L1

Bâtim

ent  P5

Ecole  Centrale

Bâtim

ent  A

3Bâ

timent  …

Bâtim

ent  G

Bâtim

ent  L4

Bâtim

ent  IUT  A

Bâtim

ents  …

Bâtim

ent  D

Bâtim

ent  SH3

Bâtim

ent  SH2

Bâtim

ents  R  S  …

Bâtim

ent  …

Bâtim

ent  P4

Bâtim

ent  SN1

Bâtim

ent  …

Bâtim

ent  M

2Bâ

timent  G

éoHa

ll  Grémeaux

Bâtim

ent  COSEC

BUBâ

timent  P1

Building

Consum

ption  

]kWh]

Data  AnalyticsCourbe  de  consommation

Consumption  -­‐ January  2015

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

Monday

Tuesday

Wednesday

Thursday

Friday

Saturday

Sunday

Week  1 Week  2 Week  3 Week  4

Consum

ption  ]kW

h]

Page 46: Chapitre 3:  Transport et distribution de l'énergie: pétrole, électricité et chauffage

A5  Video Smart  Grid SunRise  

Page 47: Chapitre 3:  Transport et distribution de l'énergie: pétrole, électricité et chauffage

• Introduction  • Transport  du  pétrole• Réseaux  électriques  • Réseaux  de  chauffage  urbain  

Plan  du  cours

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Fonctionnement  d’un  réseau  de  chauffage  urbain  

PrésentationChaufferie

Conduites

Sous  station

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Sous-­station

49

Echangeur

Bâtiments

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• Comporte  un  échangeur  thermique  qui  permet  le  transfert  de  la  chaleur  entre  le  réseau  primaire  et  le  réseau  secondaire  de  l’immeuble.

• Dotée  d’un  compteur  de  chaleur  qui  permet  de  connaître  et  de  facturer  la  consommation  d’énergie

• Le  réseau  secondaire  ne  fait  pas  partie  du  réseau  de  chaleur  au  sens  juridique (il  est  géré  par  le  responsable  de  l’immeuble)

Les  sous-­‐stations  d’échange

Page 51: Chapitre 3:  Transport et distribution de l'énergie: pétrole, électricité et chauffage

• Les  énergies  conventionnelles  (fossiles)  :  gaz  naturel,  fioul  ou  charbon

• Les  énergies  de  sources  renouvelables (biomasse  ou  géothermie  profonde)  

• Les  énergies  de  récupération  (la  chaleur  fatale  d’incinération,  eaux  usées  (eaux  grises),  data  centers

Les  sources  d’énergie

• Les  combustibles  permettent  d’atteindre  de  températures  élevées• La  géothermie  et  les  eaux  usées  :  basses  températures  (10  à  30 °C)    • Récupération  de  chaleur  industrielle  :  températures  intermédiaires

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Les  sources  d’énergie

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• Effet  d’échelle  • Intègrent  facilement  des  énergies  renouvelables  (géothermie,  biomasse)  ou  les  énergies  de  récupération  

• Intègrent  des  technologies  de    cogénération  • Peuvent  servir  de  systèmes  de  stockage  de  l’énergie  (la  chaleur  se  stocke  plus  facilement  que  l’électricité).  

Intérêt  des  réseaux  de  chauffages  :

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Chiffres  clés  -­‐ France

• 450  réseaux  de  chaleur  • deux  millions  d’équivalents-­‐logement  desservis  • 26  TWh  d’énergie  finale• 6%  du  chauffage  

Chauffage  individuel  :• Gaz  :  44%• Electricité  :  35  %

Ce  taux  est  assez  faible  par  rapport  aux  autres  pays  européen

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Réseaux  de  chauffage  en  Europe

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• Environ  5  000  réseaux  de  chaleur• 11 %  de  l’électricité  est  produite  en  cogénération• 10  %  du  marché  du  chauffage.  

• Finlande,  Lituanie,  Danemark,  Suède :  près  de  50 %  • Royaume-­‐Uni  et  Pays-­‐Bas :  4%    

Réseaux  de  chauffage  en  Europe

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• 55  %  du  chauffage  urbain  dans  le  monde• plus  de  17  000  systèmes  de  chauffage  urbain• 44  millions  de  clients.  • 98  %   d’origines  fossiles  (75  %  de  gaz  naturel)

Réseau  de  chauffage  en  Russie

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A6  Réseau de  chaleur Clermond-­‐Ferrandhttps://www.youtube.com/watch?v=DGaDvon7OMw  

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MERCI