Compensateur synchrone refroidi à l'hydrogène 125MVar, 750 tours Excitation: 300V 1200A. Compensateur synchrone avec petite turbine et volant d'inertie de 40 tonnes Turbine (en rouge): 20MW, compensateur: 625MW

En modifiant le courant d'excitation d'un alternateur, on peut modifier la tension de sortie. Plus le courant d'excitation est élevé, et plus la tension de sortie est élevée. En cas de générateurs couplés au réseau, la tension est fixée par le réseau, mais le générateur peut alors fournir un surplus de puissance réactive.

La puissance réactive, c'est la puissance qui est nécessaire pour magnétiser les gros transformateurs, les gros moteurs,... Les grosses industries consomment donc énormément de puissance réactive. Pour réduire les frais de réseau, les industriels ont donc installé des compensateurs synchrones dans leur usines.

Il s'agit d'une machine tournante (pour ne plus utiliser le terme moteur ou générateur) couplée au réseau, et dont on peut modifier l'excitation selon les besoins en puissance réactive du réseau. Le compensateur ne peut évidemment pas fournir de puissance active, puisqu'il n'est pas entrainé par une turbine.

Une telle machine peut donc être utilisée pour stabiliser le facteur de puissance d'une partie du réseau. Elle était souvent utilisée localement dans l'industrie lourde non seulement pour corriger le facteur de puissance, mais également pour absorber les variations de tension (enclenchement de gros moteurs, fours à arc,...).

Si le réseau a besoin de puissance réactive, on augmente l'excitation du compensateur. Son champ magnétique plus intense va aider à créer les champs magnétiques dans les appareils connectés. L'énorme masse en mouvement va également fournir de la puissance active pour aider au démarrage de gros moteurs et limiter l'appel de courant au réseau.

Dans le réseau électrique général, le compensateur synchrone permet un fonctionnement plus souple et plus stable qu'un banc de condensateurs. Il a de plus comme avantage que son action est plus forte quand la tension est plus basse (c'est ce qui faut), alors que les bancs de condensateurs agissent moins bien quand la tension chute, ce qui oblige à surdimensionner les condensateurs pour la situation la plus défavorable du réseau.

Par sa masse importante le compensateur permet d'absorber des courtes chutes de tension. Il peut donc à la fois de fournir de la puissance réactive et de la puissance effective (pendant un court instant).

Utilisation actuelle

Les panneaux solaires et les éoliennes ne sont pas en mesure de fournir la masse mécanique en mouvement pour stabiliser le réseau. Ces générateurs fournissent du continu qui est transformé en alternatif, mais le réseau n'a pas de masse stabilisatrice: le réseau n'a pas d'inertie et il est extrèmement difficile de le stabiliser correctement (fréquence et tension).

Par sa masse en mouvement, le compensateur synchrone permet de stabiliser un réseau moderne, qui est alimenté par différentes sources comme les panneaux photo-voltaïques. Dans certains pays, quand on met d'anciennes centrales électriques à l'arrêt, on transforme les générateurs en compensateurs. En Australie, on construit même spécialement des compensateurs synchrones, car la plus grande partie de l'énergie électrique est fournie par des panneaux photo-voltaiques.

Une installation moderne c'est une petite turbine (alimentée en biomasse) couplée à un énorme volant d'inertie et un générateur synchrone. Le générateur synchrone est surdimensionné par rapport à la puissance active fournie (20MW), mais il est utilisé comme compensateur (625MW).

On remplit le compensateur et le volant d'inertie d'hydrogène à pression ambiante. L'hydrogène est le gaz le moins visqueux qu'il soit: il ne freine donc pratiquement pas la rotation. De plus il évacue aisément la chaleur et par ses propriétés réductrices il évite la corrosion.