Dans les systèmes de production d'énergie solaire photovoltaïque, l'énergie électrique produite par les panneaux photovoltaïques est généralement un courant continu de tension relativement basse, ne répondant pas directement aux exigences du réseau électrique ni aux besoins du transport sur de longues distances. Dans ce cas, les transformateurs, associés aux onduleurs, jouent un rôle essentiel dans la conversion de puissance. L'onduleur convertit d'abord le courant continu produit par les panneaux photovoltaïques en courant alternatif, puis le transformateur élève la tension. Par exemple, dans certaines grandes centrales photovoltaïques centralisées, la tension de sortie des panneaux photovoltaïques peut n'être que de quelques centaines de volts. Grâce aux transformateurs élévateurs, cette tension peut être portée à 10 kV, 35 kV, voire plus. Ceci permet non seulement de réduire efficacement les pertes de puissance sur les lignes de transport, mais aussi d'améliorer l'efficacité et la portée du transport d'électricité, rendant ainsi possible l'intégration à grande échelle de l'énergie solaire au réseau électrique et une utilisation optimale des ressources énergétiques.
Les systèmes de production d'énergie éolienne utilisent également des transformateurs pour une conversion d'énergie efficace. La tension et la fréquence de l'énergie électrique produite par les éoliennes fluctuent en fonction de la vitesse du vent. Le transformateur élève d'abord la tension de sortie de l'éolienne, puis, grâce à des convertisseurs électroniques de puissance, la fréquence et la tension de l'énergie électrique sont ajustées avec précision pour respecter les normes de raccordement au réseau. Par exemple, dans les grandes éoliennes offshore, l'énergie électrique produite est élevée de sa tension de production relativement basse à environ 35 kV par le transformateur de type caisson, puis à 220 kV, voire plus, par le transformateur principal de la station d'amplification offshore. Ainsi, l'énergie électrique peut être acheminée de manière stable vers le réseau électrique terrestre, garantissant le développement et l'utilisation efficaces des ressources éoliennes.
Le raccordement au réseau des nouvelles centrales électriques est un maillon essentiel pour valoriser leur potentiel, et les transformateurs y jouent un rôle vital. Qu'il s'agisse d'une centrale solaire ou d'un parc éolien, des transformateurs spécifiques sont nécessaires.
transformateurs sont tenus d'ajuster leurs propres paramètres d'énergie électrique pour qu'ils soient cohérents avec ceux du réseau électrique lors du raccordement à celui-ci.
Pour les systèmes de production d'énergie photovoltaïque distribuée, les petits
transformateurs élévateurs Ces transformateurs sont généralement utilisés pour élever la tension du courant alternatif basse tension produit par les panneaux photovoltaïques à 10 kV ou 35 kV avant son raccordement au réseau de distribution local. Cette méthode de raccordement permet d'exploiter pleinement l'infrastructure existante du réseau, de favoriser la consommation locale d'énergie solaire et de réduire les pertes et les coûts liés au transport de l'électricité. Pour les grandes centrales de production d'énergie nouvelle, des transformateurs élévateurs de forte capacité et haute tension sont nécessaires afin d'élever la tension de l'énergie électrique à des niveaux de très haute tension ou de courant continu à très haute tension. Ces transformateurs permettent le transport de l'énergie électrique sur de longues distances et à grande échelle vers les centres de consommation ou le réseau électrique principal. Par exemple, dans les grands parcs éoliens du nord-ouest de la Chine, une série de transformateurs élévateurs est utilisée pour élever la tension de l'énergie éolienne à 750 kV, voire plus, avant de la transporter vers des zones à forte demande en électricité, comme les régions côtières de l'est. Ce système permet de résoudre efficacement le déséquilibre entre l'offre et la demande d'énergie dans les différentes régions et de promouvoir une répartition optimale des ressources énergétiques à l'échelle nationale.
La production d'énergie nouvelle se caractérise par son intermittence et sa volatilité. L'introduction de systèmes de stockage d'énergie permet d'atténuer efficacement ce problème, et les transformateurs jouent un rôle de liaison et de régulation dans l'interaction énergétique entre ces systèmes et le réseau électrique.
Lors de la charge d'un système de stockage d'énergie, le transformateur abaisse la tension du réseau électrique à un niveau adapté aux dispositifs de stockage, permettant ainsi la charge des batteries ou autres supports de stockage. Par exemple, dans certains systèmes de stockage d'énergie par batteries lithium-ion, le courant haute tension du réseau est converti en courant continu basse tension par un transformateur abaisseur afin de répondre aux besoins de charge de la batterie. En cas d'insuffisance de production d'énergie ou lors des pics de consommation, le système de stockage se décharge. Le transformateur augmente alors la tension de sortie des dispositifs de stockage et la convertit en courant alternatif, conforme aux exigences du réseau, avant de l'y réinjecter. Ce processus contribue à l'écrêtement des pointes de consommation, au lissage des creux de consommation et à la stabilisation de la tension et de la fréquence du réseau. De plus, dans certains systèmes énergétiques intégrés, combinant plusieurs technologies de stockage et de production d'énergie renouvelable, les transformateurs peuvent adapter et distribuer l'énergie électrique en fonction des niveaux de tension, des puissances et autres paramètres des différents dispositifs de stockage et unités de production, assurant ainsi un fonctionnement efficace et coordonné de l'ensemble du système.
Avec l'expansion continue du secteur des énergies nouvelles, une série de nouveaux défis ont été posés à la technologie et à la capacité des transformateurs.
Sur le plan technologique, la complexité et la variabilité de la production d'énergie nouvelle exigent des transformateurs une intelligence accrue. Par exemple, ils doivent pouvoir surveiller en temps réel la tension, la fréquence, la phase et d'autres paramètres du réseau électrique et adapter automatiquement leur fonctionnement à l'intermittence et à la volatilité de cette production, améliorant ainsi la stabilité et la qualité de l'énergie du réseau. Parallèlement, afin de réduire la consommation énergétique des transformateurs eux-mêmes, la recherche et le développement de nouvelles technologies à faible consommation sont indispensables, notamment l'adoption de nouveaux matériaux magnétiques et l'optimisation de la structure des enroulements pour améliorer leur rendement énergétique.
En termes de capacité, l'expansion continue de la production d'énergie nouvelle, notamment la construction de grands parcs éoliens offshore et de centrales photovoltaïques centralisées, exige des transformateurs de plus grande capacité pour répondre aux besoins d'élévation de tension et de transport d'énergie. Les fabricants de transformateurs doivent donc constamment améliorer leurs procédés de fabrication et leurs niveaux technologiques, et développer des transformateurs à tension et capacité plus élevées. Par exemple, ils doivent développer des transformateurs convertisseurs de grande capacité adaptés au transport de courant continu à très haute tension afin de répondre aux exigences du transport d'énergie nouvelle sur de longues distances et à grande échelle.
Pour relever ces défis, l'industrie des transformateurs doit renforcer sa coopération et son innovation collaborative avec le secteur des énergies nouvelles. D'une part, il convient d'accroître les investissements dans la recherche et le développement des technologies de transformateurs, de mettre en place un mécanisme de recherche et développement conjoint entre l'industrie, le monde universitaire et les instituts de recherche, et de surmonter ensemble les difficultés techniques. D'autre part, en fonction des caractéristiques et des exigences des réseaux électriques à énergies nouvelles, il est nécessaire d'élaborer des normes et des standards technologiques unifiés pour les transformateurs afin de promouvoir la normalisation et la sérialisation des produits, d'améliorer leur universalité et leur compatibilité, et de fournir un support plus fiable en matière d'équipements de transformateurs, garantissant ainsi le fonctionnement stable et efficace des réseaux électriques à énergies nouvelles.
En conclusion, les transformateurs jouent un rôle crucial dans les systèmes de production d'énergie nouvelle, intervenant à tous les niveaux : production, raccordement au réseau, stockage et transport de l'énergie. Face aux nouveaux défis posés par le développement de l'industrie des énergies nouvelles, la promotion continue de l'innovation technologique et le progrès des transformateurs, ainsi que l'amélioration de leur capacité et de leurs performances, sont essentiels pour une utilisation efficace et à grande échelle de l'énergie nouvelle et pour la construction d'un système énergétique durable.
