Énergie réactive : définition, coût, et compensation

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L’énergie réactive est l'énergie nécessaire au fonctionnement d’équipements tels que les moteurs ou les transformateurs, mais qui ne produit pas de travail utile. Les fournisseurs d’électricité pénalisent les professionnels ayant une consommation excessive d’énergie réactive via la Composante Énergie Réactive (CER) du TURPE. Pour éviter les déséquilibres et les surcharges sur les réseaux électriques et ne pas payer ce coût additionnel, l'énergie réactive doit être compensée. Sa compensation, réalisée via des condensateurs, permet de neutraliser cette énergie et de réduire le déphasage entre tension et courant, améliorant ainsi l'utilisation de l'énergie. 

Une consommation excessive d'énergie réactive est facturée au professionnel

En raison de son impact sur le réseau électrique, une consommation excessive d'énergie réactive est facturée aux professionnels sur leur facture d'électricité.

Combien vous coûte votre consommation d'énergie réactive ?

Selectra a mis au point un calculateur permettant de déterminer le coût de la consommation d'énergie réactive.

Cet outil en ligne est dédié aux professionnels :

• Raccordés en basse tension avec une puissance souscrite strictement supérieure à 36 kVA (profil Tarif Jaune) ;
• Raccordés en moyenne tension (HTA). Cela concerne les profils de consommation C3, C2 et C1 en contrat CARD.

La consommation d'énergie réactive est pénalisée au-delà d'un certain seuil

Pour les professionnels en basse et moyenne tension, le seuil à partir duquel la consommation d'énergie réactive est facturé aux professionnels est de 40 %. En bref, il convient de distinguer deux cas de figure :

1. Le rapport entre l'énergie réactive absorbée et l'énergie active soutirée par point de connexion est inférieur ou égale à 40 % : la consommation d'énergie réactive n'est pas facturée au professionnel ;
2. Le rapport entre l'énergie réactive absorbée et l'énergie active soutirée par point de connexion est strictement supérieur à 40 % : la consommation d'énergie réactive est facturée aux professionnels pendant la période allant du 1ᵉʳ novembre au 31 mars (en Heures Pleines Saison Haute et, pour les consommateurs en moyenne tension, en Heures de Pointe).

Dans le détail, le calcul du coût de la consommation d'énergie réactive du professionnel dépend du niveau de tension de son raccordement à l'électricité.

Comment est calculé le coût de la consommation d'énergie réactive pour les entreprises au profil type Tarif Jaune ?

Voici les tarifs appliqués pour facturer la Composante Énergie Réactive du TURPE pour les professionnels payant le TURPE HTA-BT avec une puissance souscrite strictement supérieure à 36 kVA :

Source : Enedis

La facturation de l'énergie réactive s'applique uniquement pendant la période des Heures Pleines Saison Haute (HPH), qui s'étend du 1ᵉʳ novembre au 31 mars. Les horaires des Heures Pleines et des Heures Creuses sont définies localement par Enedis. Il est donc recommandé de contacter Enedis pour connaître précisément les plages horaires pendant lesquelles la consommation d'énergie réactive est facturée en Saison Haute.

Comment est calculé le coût de la consommation d'énergie réactive pour les entreprises au profil type Tarif Vert en moyenne tension (HTA) ?

Pour les professionnels payant le TURPE HTA-BT en moyenne tension, la facturation de la consommation d'énergie réactive est similaire à celle pour les clients du profil C4. Elle se distingue tout de même, car elle s'applique pendant deux plages temporelles :

1. En Heures Pleines Saison Haute (HPH) : soit pendant les Heures Pleines de la période s'étendant du 1ᵉʳ novembre au 31 mars ;
2. En Heures de Pointe (P).

Par conséquent, la facturation de la consommation d'énergie réactive s'applique si le ratio entre la consommation d'énergie active en heures de pointe et en HPH et la consommation d'énergie active en heures de pointe et en HPH dépasse 40 %.

Voici les tarifs appliqués pour facturer la Composante Énergie Réactive du TURPE pour les professionnels raccordés en moyenne tension :

Source : Enedis

Comment est calculé le coût de la consommation d'énergie réactive pour les entreprises au profil type Tarif Vert en haute tension (HTB) ?

Pour les professionnels raccordés en haute tension (HTB), le seuil au-delà duquel la consommation d'énergie réactive est facturée est de 25 %. Autre différence avec les autres professionnels, l'énergie réactive est facturée en Saison Basse, c'est-à-dire du 1ᵉʳ avril au 31 octobre inclus (à la fois en Heures Pleines et en Heures Creuses). Elle est calculée sur la base du pas horaire.

La facturation de la consommation d'énergie réactive est intégrée dans le prix du TURPE

Une consommation excessive d'énergie réactive entraîne des coûts supplémentaires pour les professionnels, car elle impose une surcharge sur le réseau électrique, sans générer de travail utile. Cette surcharge est reflétée dans leur facture d'électricité à travers la Composante Énergie Réactive du TURPE (Tarif d'Utilisation des Réseaux Publics d'Électricité). En optimisant leur gestion de l'énergie, les entreprises peuvent réduire leur consommation réactive, et ainsi éviter cette facturation additionnelle.

Comment connaître sa consommation d'énergie réactive ?

Un professionnel peut connaître sa consommation d'énergie réactive en consultant son compteur électrique. La facturation de sa consommation d'énergie réactive est également indiquée sur sa facture d'électricité.

Lire sa consommation d'énergie réactive sur son compteur électrique

Les compteurs électriques des gros consommateurs indiquent aux professionnels leur consommation d'énergie réactive.

Pour les professionnels disposant d'un compteur PME-PMI, plusieurs paramètres sont dédiés à l'affichage de la consommation d'énergie réactive du client :

1. Les paramètres 130 et 230 indiquent la consommation d'énergie réactive positive en kVAr.h sur chaque plage temporelle ;
2. Les paramètres 140 et 240 indiquent la consommation d'énergie réactive négative en kVAr.h sur chaque plage temporelle.

Lire sa consommation d'énergie réactive sur sa facture d'électricité

En consultant le détail de sa facture d'électricité, le professionnel peut voir combien lui coûte sa consommation d'énergie réactive, ainsi que la quantité d'énergie réactive utilisée sur les plages temporelles facturées.

Réduire le coût de la consommation d'énergie réactive de son entreprise par la compensation

La principale solution pour un professionnel souhaitant réduire le coût de sa consommation d'énergie réactive est d'instaurer un système de compensation adapté.

Qu'est-ce que la compensation d'énergie réactive ?

La compensation d'énergie réactive est un procédé qui utilise des dispositifs, principalement des condensateurs, pour produire de l'énergie réactive en phase avec la tension du réseau. Elle vise à compenser l'énergie réactive consommée par des équipements inductifs tels que les moteurs, transformateurs ou lampes à ballast magnétique, qui génèrent des courants décalés par rapport à la tension. En introduisant des condensateurs dans le circuit, ces derniers fournissent une énergie réactive opposée à celle consommée par ces appareils, permettant ainsi de réduire ou de neutraliser ce déphasage entre la tension et le courant.

Quels sont les deux types de compensation d'énergie réactive ?

Il existe 2 types de compensation d'énergie réactive :

1. La compensation fixe ;
2. La compensation automatique.

La compensation fixe

La compensation fixe consiste à installer des condensateurs de taille fixe, conçus pour fournir une quantité constante d'énergie réactive, quel que soit le niveau de consommation de l'installation. Ces condensateurs sont choisis pour compenser une puissance réactive stable, généralement présente dans des systèmes où les équipements électriques ont des besoins constants. Cependant, ils ne peuvent pas s'adapter aux variations de la consommation d'énergie réactive, ce qui signifie que si la demande augmente ou diminue, la quantité d'énergie réactive compensée reste la même. Cela limite l'efficacité de cette méthode dans des installations où la charge est variable.

Cette solution est particulièrement adaptée lorsque la puissance réactive est faible, soit moins de 15 % de la puissance apparente du transformateur, et que la charge électrique de l'installation est relativement stable. Les condensateurs sont activés manuellement à l'aide d'un interrupteur ou d'un contacteur, ce qui permet de les intégrer facilement dans des systèmes simples. Cette méthode est peu coûteuse et idéale pour des applications spécifiques comme des petits ateliers, des systèmes d'éclairage ou des équipements industriels fonctionnant de manière uniforme.

Cependant, la compensation fixe est inadaptée dans des contextes où la demande en énergie réactive fluctue, car elle risque de sous-compenser ou de surcompenser, ce qui peut nuire à l'équilibre du réseau électrique et à l'efficacité globale de l'installation.

La compensation automatique, dite « en gradin »

La compensation automatique repose des condensateurs installés en plusieurs étapes, et contrôlés par un régulateur varmétrique. Ce régulateur ajuste automatiquement la quantité d'énergie réactive fournie en temps réel, en fonction des besoins de l'installation. Lorsque la consommation d'énergie réactive augmente, le régulateur active progressivement les gradins nécessaires pour compenser cette demande. Inversement, si la consommation diminue, certains condensateurs sont désactivés pour éviter une surcompensation. Cette méthode offre une solution efficace face aux fluctuations de la charge électrique, permettant de maintenir un facteur de puissance optimal sans gaspiller d'énergie réactive. Elle est particulièrement adaptée aux installations où la puissance réactive varie fréquemment et de manière importante.

L'installation de batteries de condensateurs est primordial pour compenser son énergie réactive

L'installation de batteries de condensateurs est essentielle pour compenser l'énergie réactive. Ces dispositifs permettent de produire de l'énergie réactive capacitive, équilibrant celle consommée par les équipements inductifs comme les moteurs ou les transformateurs. En neutralisant le déphasage entre la tension et le courant, les batteries de condensateurs améliorent le facteur de puissance de l'installation, réduisent les pertes d'énergie et allègent la charge sur le réseau électrique. Cette solution est indispensable pour optimiser l'efficacité énergétique et éviter les surcoûts liés à une consommation excessive d'énergie réactive.

Comment définir les besoins de compensation d'énergie réactive de son entreprise ?

Définir les besoins de compensation d’énergie réactive pour une entreprise nécessite une analyse précise de l’installation électrique. Cette démarche repose sur la mesure de différents éléments :

• L'intensité ;
• La tension ;
• La puissance active ;
• La puissance réactive ;
• Le facteur de puissance.

Ces paramètres permettent de quantifier l’énergie réactive et d’identifier les zones nécessitant une correction. L’analyse inclut également les harmoniques de tension et d’intensité, qui, s’ils sont élevés, perturbent le réseau et nécessitent des solutions spécifiques comme des filtres ou des selfs anti-harmoniques.

Ces données permettent de dimensionner correctement les batteries de condensateurs, en choisissant entre une compensation fixe ou automatique selon la stabilité ou les fluctuations des charges. Une compensation fixe est adaptée à des charges stables, tandis qu’une compensation automatique, ajustée en temps réel, convient mieux aux charges variables. L’emplacement des condensateurs, au tableau général ou à proximité des équipements consommateurs, est également déterminé pour maximiser leur efficacité. Ces questions seront détaillées dans la suite de cet article.

Cette analyse garantit une correction efficace du facteur de puissance, réduisant les pertes, les surcoûts et les contraintes sur le réseau, tout en optimisant la performance énergétique globale de l’entreprise.

Où installer la batterie des condensateurs ?

L'emplacement de la batterie des condensateurs varie en fonction des besoins de compensation de l'entreprise. 

3 approches de compensation sont couramment utilisées : 

1. La compensation globale, préconisée pour compenser l'énergie réactive d'une installation dans son ensemble ;
2. La compensation locale, préconisée pour une compensation ciblée, en particulier si des équipements ayant des régimes de charge différents ;
3. La compensation individuelle, préconisée pour les gros consommateurs ;

Où installer la batterie des condensateurs pour une compensation globale ?

Pour une compensation globale de l'énergie réactive, il faut installer les batteries de condensateurs au niveau du tableau général d'une installation électrique. Ce type de compensation vise au rééquilibrage de l'énergie active et réactive dans son ensemble.

Le principe repose sur une analyse globale de la puissance réactive consommée par l'installation pour dimensionner une batterie de condensateurs capable de compenser cette consommation. La compensation globale est avantageuse pour sa simplicité d'installation et son coût réduit, puisqu'elle ne nécessite qu'un seul équipement pour l'ensemble du réseau. 

Elle n'est toutefois pas adaptée à tous types d'installations. Il faut utiliser cette approche particulièrement dans des installations où les charges inductives sont réparties de manière uniforme ou lorsque les variations de puissance réactive sont limitées.

Où installer la batterie des condensateurs pour une compensation partielle ?

Pour une compensation partielle, il faut installer la batterie de condensateurs directement au niveau des groupes d'équipements ou des zones spécifiques de l'installation nécessitant une correction de l'énergie réactive. Cette approche consiste à compenser l'énergie réactive au plus près des appareils qui en consomment, permettant de cibler précisément les besoins de chaque groupe ou atelier.

Cette solution est particulièrement recommandée pour les usines ou complexes industriels comportant plusieurs équipements ayant des régimes de charge différents. Par exemple, un atelier utilisant majoritairement des moteurs asynchrones peut avoir des besoins en compensation très différents d’un secteur dédié à l’éclairage à ballast. En installant des batteries de condensateurs adaptées à chaque zone, on optimise le facteur de puissance localement, ce qui réduit les pertes d'énergie dans les lignes électriques internes et améliore l’efficacité globale du réseau.

De cette manière, car chaque batterie de condensateurs peut être dimensionnée en fonction des besoins spécifiques de la zone qu’elle dessert. Cela permet une adaptation rapide en cas de modifications des régimes de charge ou d’ajout de nouveaux équipements. Toutefois, cette approche nécessite une planification plus détaillée et est plus coûteuse.

Où installer la batterie des condensateurs pour une compensation individuelle ?

Pour une compensation individuelle, il faut installer les batteries de condensateurs directement sur les équipements consommateurs d’énergie réactive, tels que les moteurs ou les transformateurs. Cette méthode produit l’énergie réactive au plus près de sa consommation. Elle garantit un facteur de puissance optimal, prolonge la durée de vie des équipements en stabilisant le réseau, et offre une efficacité maximale. Bien que son coût soit plus élevé, elle est idéale pour les installations consommant une grande quantité d'énergie réactive.

Qu'est-ce que l'énergie réactive ?

L'énergie réactive est l'énergie ne servant pas à accomplir un travail direct, mais étant nécessaire pour le bon fonctionnement de certains appareils électriques. Elle est mesurée en kilovoltampères réactifs (kVAr). Contrairement à l'énergie active, l'énergie réactive circule entre les équipements et le réseau sans être réellement consommée. Elle est principalement impliquée dans la création de champs magnétiques et électriques dans des dispositifs tels que les moteurs, les transformateurs, et les ballasts de tubes fluorescents. 

Bien qu'elle soit indispensable au fonctionnement de ces équipements, son excès peut poser des problèmes sur le réseau, entraînant des pertes énergétiques. Par conséquent, les professionnels consommant trop d'énergie réactive doivent payer des frais de pénalités compris dans le prix du TURPE (Tarif d'Utilisation des Réseaux Publics d'Électricité).

Il est donc important de compenser sa consommation d'énergie réactive afin de minimiser son impact sur l'efficacité énergétique globale.

Il existe deux types d'énergie réactive :

1. L'énergie réactive inductive, soit l'énergie réactive positive ;
2. L'énergie réactive capacitive, soit l'énergie réactive négative.

L'énergie réactive inductive, ou « énergie réactive positive »

Également appelée « énergie réactive positive », l'énergie réactive inductive est générée principalement par des charges inductives telles que les moteurs électriques, les transformateurs et les bobines. Ces appareils nécessitent des champs magnétiques pour leur fonctionnement, mais ces champs ne peuvent être créés qu'avec de l'énergie réactive. Dans ce cas, l'énergie réactive est « inductive » car elle est liée à l'inductance des composants, une propriété électrique qui crée une résistance au passage du courant alternatif. Lorsqu'une charge inductive est alimentée, elle stocke l'énergie dans son champ magnétique avant de la restituer au réseau, créant ainsi un décalage entre la tension et le courant. C'est ce qu'on appelle le déphasage. 

Bien que cette énergie ne soit pas consommée de manière permanente, elle doit être compensée pour éviter des surcharges sur le réseau. Pour cela, les industries concernées installent généralement des condensateurs à batteries qui « réinjectent » de l'énergie réactive dans le système pour rééquilibrer les flux.

L'énergie réactive capacitive, ou « énergie réactive négative »

Également appelée « énergie réactive négative », l'énergie réactive capacitive, est en revanche associée à des composants capacitifs, tels que les condensateurs, utilisés pour stocker de l'énergie sous forme de champs électriques. Ces composants créent une différence de potentiel entre les deux bornes du condensateur, générant un champ électrique. Lorsqu'une charge capacitive est introduite dans un circuit, l'énergie stockée dans les condensateurs est libérée, ce qui peut compenser l'effet des charges inductives. 

Dans un circuit où l'énergie réactive inductive domine, l'ajout de capacités de compensation via des condensateurs peut rééquilibrer le flux d'énergie, réduire les pertes associées à l'énergie réactive inductive, et améliorer le facteur de puissance global du système.

Cependant, un excès de compensation capacitive peut aussi causer des problèmes, comme une surcharge de l'installation et une distorsion de la tension. Ainsi, la gestion et la compensation appropriée de l'énergie réactive, qu'elle soit inductive ou capacitive, sont essentielles pour maintenir l'équilibre du réseau électrique et optimiser la consommation d'énergie.

Quelles sont les conséquences d'une consommation excessive d'énergie réactive ?

Les conséquences d'une consommation excessive d'énergie réactive pour le réseau électrique

La consommation d'énergie réactive a plusieurs conséquences néfastes sur le réseau électrique, principalement en raison de son impact sur l'efficacité du transport de l'énergie. Bien que l'énergie réactive soit essentielle pour le bon fonctionnement de certains équipements électriques comme les moteurs et les transformateurs, elle ne réalise pas de travail utile et circule en permanence. Cela entraîne plusieurs effets indésirables pour le réseau :

• Une augmentation de la puissance apparente : l'énergie réactive augmente la puissance apparente (la combinaison de la puissance active et réactive), ce qui oblige le réseau à transporter plus d'énergie qu'il n'en est réellement utilisé pour le travail utile. Cela nécessite des infrastructures plus grandes et plus coûteuses pour acheminer l'énergie ;
• Une perte d'efficacité énergétique : lorsque la quantité d'énergie réactive devient trop importante, elle entraîne des pertes en lignes et une surcharge des équipements, comme les transformateurs et les lignes de transport. Cela diminue l'efficacité globale du système et peut accroître la consommation d'énergie active, entraînant ainsi des coûts supplémentaires pour les professionnels ;
• Des chutes de tension et une déstabilisation du réseau ;
• Une augmentation des coûts de gestion du réseau : les opérateurs du réseau doivent gérer la quantité d'énergie réactive en plus de l'énergie active, ce qui complique l'équilibre du réseau et augmente les coûts de gestion.

Les conséquences d'une consommation excessive d'énergie réactive pour les professionnels

La consommation excessive d'énergie réactive a également des conséquences négatives pour les consommateurs professionnels, tant sur le plan financier qu'opérationnel :

• Un coût supplémentaire sur la facture d'électricité via la Composante Énergie Réactive (CER) du TURPE ;
• Une diminution de l'efficacité énergétique : l'énergie réactive doit être transportée sur le réseau, ce qui génère des pertes qui peuvent réduire l'efficacité énergétique de l'ensemble de l'installation et rendre les équipements moins performants. Cela peut également augmenter la consommation d'énergie active, entraînant des coûts énergétiques plus élevés pour l'entreprise ;
• La surchauffe et l'usure des équipements : une forte consommation d'énergie réactive entraîne une sursollicitation des équipements électriques comme les transformateurs, les moteurs et les câbles. Cette surcharge peut provoquer une surchauffe de ces équipements et accélérer leur usure, ce qui peut entraîner des pannes fréquentes, une baisse de leur durée de vie, et des coûts de maintenance plus élevés ;
• Des chutes de tension et des perturbations du réseau : les entreprises qui consomment beaucoup d'énergie réactive risquent de provoquer des chutes de tension dans le réseau électrique, ce qui peut affecter la stabilité de l'approvisionnement en énergie. Ces variations de tension peuvent perturber le fonctionnement des équipements sensibles, entraînant des arrêts de production ou des dysfonctionnements coûteux ;
• Une augmentation de la puissance souscrite : avec une consommation d'énergie réactive élevée, les entreprises devoir souscrire à des puissances plus importantes pour compenser cette surcharge. Cela entraîne une augmentation de la puissance souscrite, et donc une augmentation du prix de l'électricité, en particulier du prix de l'abonnement.

Quelles sont les entreprises consommant de l'énergie réactive ?

Les entreprises qui consomment de l'énergie réactive sont généralement celles qui utilisent des équipements électromécaniques ou électriques générant des champs magnétiques ou ayant des charges inductives importantes. Cela inclut notamment

• Les industries de production et de fabrication, notamment celles utilisant des moteurs asynchrones. Elles sont parmi les plus grandes consommatrices d’énergie réactive. Les moteurs asynchrones, qui alimentent une grande variété de machines industrielles (convoyeurs, presses, compresseurs, etc.), nécessitent une énergie réactive pour générer les champs magnétiques nécessaires au fonctionnement de l'outil ;
• Les industries métallurgiques, en particulier celles utilisant des fours à induction ou à arc, consomment également de l’énergie réactive. Ces équipements sont utilisés pour chauffer et fondre des métaux, un processus qui génère des courants puissants. Les fours à induction, par exemple, créent des champs électromagnétiques pour chauffer les métaux de manière efficace, mais consomment une quantité significative d’énergie réactive pour maintenir ces champs ;
• Les ateliers de soudage : les machines à souder consomment aussi de l'énergie réactive. Ces machines fonctionnent sur le principe de l'arc électrique, et bien que l'énergie réactive ne soit pas directement utilisée pour réaliser le soudage, elle est nécessaire pour créer et maintenir l'arc stable entre les électrodes ;
• Les entreprises du secteur de la distribution d'énergie, en particulier les transformateurs, consomment également une quantité importante d'énergie réactive. Les transformateurs sont utilisés pour modifier les niveaux de tension dans les réseaux électriques et nécessitent de l’énergie réactive pour créer les champs magnétiques nécessaires au transfert d’énergie entre les enroulements primaire et secondaire ;
• Les commerces et installations publiques qui utilisent des lampes à ballast magnétique (comme les lampes fluorescentes ou à décharge). Ces lampes sont souvent utilisées dans les éclairages publics ou dans les grandes surfaces commerciales. Elles consomment de l'énergie réactive.

Quelles différences entre l'énergie réactive, l'énergie active, et l'énergie apparente ?

L'énergie active est celle qui réalise un travail utile dans le système. Elle est mesurée en kilowattheures (kWh) et correspond à l'énergie qui est effectivement utilisée pour produire de la lumière, de la chaleur, du mouvement, ou tout autre travail mécanique. Cette énergie est convertie en une forme d'énergie exploitable par les appareils électriques (comme les moteurs, les chauffages, les éclairages). En termes simples, l'énergie active est celle qui « travaille » réellement dans l'installation.

Contrairement à l'énergie active, l'énergie réactive ne produit pas de travail utile, mais elle est nécessaire pour maintenir les champs électromagnétiques dans les appareils inductifs tels que les moteurs et transformateurs. Elle est mesurée en kilovoltampères réactifs (kVAr) et oscille entre la source (générateur) et la charge (moteur, transformateur, etc.) sans être réellement consommée. L'énergie réactive est essentielle pour le bon fonctionnement des systèmes électriques, mais elle ne contribue pas directement à l'exécution d'un travail.

Enfin, l'énergie apparente est la combinaison de l'énergie active et de l'énergie réactive. Elle est mesurée en kilovoltampères (kVA) et représente la puissance totale qui doit être fournie par le réseau pour alimenter un appareil ou une installation.