Feasibility Study of HVDC Interconnection for Electricity Transmission in Algeria

Abstract

The electricity sector in Algeria is undergoing fundamental transformations driven by the imperative to meet the rising national demand for energy, on the one hand, and to prepare for the large-scale integration of renewable energy sources, particularly solar energy, on the other. However, the current transmission system, which relies primarily on high-voltage alternating current (HVAC) technology, is facing growing challenges related to the concentration of loads in the north, long transmission distances, and grid stability requirements due to the high penetration of intermittent energy sources. In this context, this thesis aims to study the technical and economic feasibility of adopting high-voltage direct current (HVDC) transmission technology in Algeria as a strategic option to address the challenges of rising electricity demand and renewable energy integration. Three new ±500 kV lines with a capacity of 3,000 MW have been proposed: Line 1: Hassi Messaoud – Skikda (750 km), Line 2: Ghardaia – Algiers (600 km), and Line 3: Bechar – Oran (650 km). These lines were analyzed from various technical perspectives, including geographical and climatic considerations, electrical design criteria, corona loss performance, acoustic noise, radio interference, thermal behavior of conductors, insulation coordination, and tower design. The results demonstrated a clear advantage of HVDC technology over HVAC. They showed that active power and corona losses are significantly reduced, resulting in energy efficiency gains of 3–4%, equivalent to tens of megawatts of recovered power. Corona losses in the proposed lines were limited to 1.99 MW, 0.798 MW, and 0.8645 MW, respectively, while acoustic noise (30 dB) and radio interference (36 dBµV/m) remained within internationally accepted limits. The power transfer per pole reached approximately 2,296.84 MW, confirming the ability of these lines to reliably evacuate large amounts of power. Insulation studies, in accordance with IEC and EN standards, determined minimum insulation and creepage distances, while the tower design ensured a balance between mechanical safety and optimized material use. From an economic perspective, a 30-year life-cycle cost analysis demonstrated a significant financial advantage for HVDC over 500 kV double-circuit HVAC lines, achieving a reduction in total costs of approximately 34%, with the difference widening as the distance increases. The study also identified an economic break-even point of approximately 261 km, beyond which HVDC technology becomes the most financially viable option. The thesis concludes that the integration of HVDC lines into Algeria's transmission system represents more than just a technical improvement in network efficiency and reliability. It also constitutes a financial and strategic choice that enhances the integration of renewable energy, supports regional interconnection, and provides a solid foundation for sustainable energy security capable of keeping pace with future transformations in the national electricity sector. --------------------------------------------------------------------------------------- يشهد قطاع الكهرباء في الجزائر تحولات جوهرية مدفوعة بضرورات متزايدة تتمثل في تلبية الطلب الوطني المتنامي على الطاقة من جهة، والتحضير لدمج واسع النطاق لمصادر الطاقات المتجددة، وعلى رأسها الطاقة الشمسية، من جهة أخرى. غير أن منظومة النقل الحالية، المعتمدة أساساً على تكنولوجيا التيار المتناوب عالي الجهد (HVAC)، باتت تواجه تحديات متزايدة مرتبطة بتمركز الأحمال في الشمال، وبُعد مسافات النقل، ومتطلبات استقرار الشبكة في ظل ارتفاع نسبة إدماج الطاقات المتقطعة. في هذا الإطار، تهدف هذه الأطروحة إلى دراسة الجدوى التقنية والاقتصادية لاعتماد تكنولوجيا النقل بالتيار المستمر عالي الجهد (HVDC) في الجزائر، كخيار استراتيجي لمواجهة تحديات الطلب المتزايد على الكهرباء ودمج الطاقات المتجددة. وقد تم اقتراح ثلاثة خطوط جديدة بجهد 500 KV± وسعة 3000 MW، هي: الخط الأول: حاسي مسعود – سكيكدة (750 كم)، الخط الثاني: غرداية – الجزائر العاصمة (600 كم)، والخط الثالث: بشار – وهران (650 كم). تمت دراسة هذه الخطوط من مختلف الجوانب التقنية، بما في ذلك الاعتبارات الجغرافية والمناخية، المعايير الكهربائية التصميمية، أداء الفقد الناتج عن ظاهرة كورونا، الضجيج السمعي، التداخلات الراديوية، السلوك الحراري للموصلات، تنسيق العزل، وتصميم الأبراج. 0.8645 أظهرت النتائج تفوقاً واضحاً لتكنولوجيا HVDC مقارنة بالـ HVAC. إذ بيّنت أنّ خسائر القدرة النشطة والفواقد الناتجة عن الكورونا تنخفض بشكل كبير، مما يحقق مكاسب في الكفاءة الطاقوية تتراوح بين 3 –4 %، أي ما يعادل عشرات الميغاواط من القدرة المسترجعة. فقد اقتصرت خسائر الكورونا في الخطوط المقترحة على 1.99 MW، 0.798 MW، و0.8645 MW على التوالي، في حين ظل كل من الضجيج السمعي (30 dB) والتداخلات الراديوية (36 dB µV/m) ضمن المستويات المقبولة دولياً. كما بلغ معامل نقل القدرة لكل قطب نحو 2296.84 ميغاواط، مما يؤكد قدرة هذه الخطوط على إخلاء كميات ضخمة من الطاقة بشكل موثوق. أما دراسات العزل وفقاً للمعايير IEC و EN فقد سمحت بتحديد المسافات الدنيا للعزل والتزحلق السطحي، بينما راعى تصميم الأبراج التوازن بين الأمان الميكانيكي وترشيد استهلاك المواد. من الناحية الاقتصادية، بيّن تحليل تكلفة دورة الحياة على مدى 30 سنة تفوقاً مالياً ملحوظاً للـ HVDC على حساب خطوط HVAC مزدوجة الدارة بجهد 500 كيلوفولت، إذ حقق تقليصاً في التكاليف الإجمالية يقارب 34%، مع اتساع الفارق كلما زادت المسافة. كما حدّدت الدراسة نقطة التعادل الاقتصادية عند حوالي 261 كم، لتصبح بعدها تقنية HVDC الخيار الأكثر جدوى من الناحية المالية. خلصت الأطروحة إلى أنّ إدماج خطوط HVDC في منظومة النقل بالجزائر لا يشكل مجرد تحسين تقني لكفاءة الشبكة وموثوقيتها، بل يمثل خياراً ماليا و استراتيجياً يعزز من تكامل الطاقات المتجددة، ويدعم الترابط الجهوي، ويوفر قاعدة صلبة لأمن طاقوي مستدام قادر على مواكبة التحولات المستقبلية في قطاع الكهرباء الوطني. ----------------------------------------------------------------------------------- Le secteur de l’électricité en Algérie connaît des transformations profondes, motivées par l’impératif croissant de répondre à l’augmentation de la demande nationale en énergie, d’une part, et de se préparer à l’intégration à grande échelle des énergies renouvelables, notamment l’énergie solaire, d’autre part. Cependant, le système de transport actuel, qui repose principalement sur la technologie du courant alternatif haute tension (CAHT), est confronté à des défis majeurs liés à la concentration des charges dans le nord, aux longues distances de transport et aux exigences de stabilité du réseau en raison du taux élevé d’intégration des énergies intermittentes. Dans ce contexte, cette thèse vise à étudier la faisabilité technique et économique de l’adoption de la technologie du courant continu haute tension (CCHT) en Algérie comme option stratégique pour répondre à la croissance de la demande en électricité et à l’intégration des énergies renouvelables. Trois nouvelles lignes ±500 kV d’une capacité de 3 000 MW ont été proposées : Ligne 1 : Hassi Messaoud – Skikda (750 km), Ligne 2 : Ghardaïa – Alger (600 km) et Ligne 3 : Béchar – Oran (650 km). Ces lignes ont été étudiées sous différents angles techniques, notamment les considérations géographiques et climatiques, les critères de conception électrique, les performances en matière de pertes par effet de couronne, le bruit acoustique, les interférences radio, le comportement thermique des conducteurs, la coordination de l’isolation et la conception des pylônes. Les résultats ont démontré un net avantage de la technologie CCHT par rapport au CAHT. Ils ont montré que les pertes de puissance active et les pertes par effet de couronne sont considérablement réduites, ce qui se traduit par des gains d’efficacité énergétique de 3 à 4 %, soit l’équivalent de dizaines de mégawatts de puissance récupérée. Les pertes par effet de couronne sur les lignes proposées ont été limitées à 1,99 MW, 0,798 MW et 0,8645 MW respectivement, tandis que le bruit acoustique (30 dB) et les interférences radio (36 dBµV/m) sont restés dans les limites internationales. Le facteur de transfert de puissance par pôle a atteint environ 2 296,84 MW, confirmant la capacité de ces lignes à évacuer de manière fiable de grandes quantités d’énergie. Des études d’isolation, conformes aux normes IEC et EN, ont permis de déterminer les distances minimales d’isolement et de cheminement de surface, tandis que la conception des pylônes a intégré un équilibre entre sécurité mécanique et optimisation de la consommation de matériaux. D’un point de vue économique, une analyse du coût du cycle de vie sur 30 ans a démontré un avantage financier significatif pour les lignes CCHT par rapport aux lignes CAHT à double circuit de 500 kV, avec une réduction des coûts totaux d’environ 34 %, l’écart s’accentuant avec la distance. L’étude a également identifié un seuil de rentabilité d’environ 261 km, au-delà duquel la technologie CCHT devient l’option la plus viable financièrement. La thèse conclut que l’intégration des lignes CCHT dans le réseau de transport algérien représente bien plus qu’une simple amélioration technique de l’efficacité et de la fiabilité du système électrique. Elle constitue également une option financière et stratégique favorisant l’intégration des énergies renouvelables, soutenant l’interconnexion régionale et fournissant une base solide pour une sécurité énergétique durable capable d’accompagner les futures transformations du secteur électrique national