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RÉSUMÉ
Cet article traite de la production d'électricité par les petites centrales hydrauliques. Il en existe de nombreuses (environ 1800 en France), mais la modernisation des composants permet de rentabiliser de nouveaux équipements ou de réhabiliter d'anciens pour améliorer leur rendement. L'engagement des pouvoirs publics, pour développer les énergies renouvelables redonne une opportunité à la petite hydroélectricité. Sur les torrents et sur les rivières, on peut équiper de petites unités de quelques kilowatts jusqu'à quelques milliers de kilowatts. L’article décrit le cursus d'une réalisation depuis l'étude de rentabilité jusqu'à l'exploitation avec des descriptions simples des types d'ouvrages et des matériels.
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Pierre Lavy : Ingénieur École Nationale Supérieure d’Ingénieurs en Électrotechnique de Grenoble - Ancien Directeur de filiale de petites centrales - Ancien Directeur Technique de l’Hydraulique d’EDF, Saint Denis, France
INTRODUCTION
L’énergie hydroélectrique est une composante essentielle des énergies renouvelables et de la réduction de l’effet de serre.
En France comme en Europe, les aménagements importants ont été construits dans les décennies passées. Leur exigence de forte capitalisation et leur longue durée de vie font que la « grande » hydraulique n’a plus de développement important en Europe. Cependant, elle demeure un élément fondamental pour la régulation et la stabilité des grands réseaux interconnectés, du fait de sa souplesse d’utilisation, de sa rapidité de réponse et de sa disponibilité. Ces qualités sont de plus en plus indispensables pour compenser l’irrégularité des productions éolienne et solaire.
Les réglementations nationales et européennes, favorisant le développement des énergies renouvelables, ont été mises en place pour diminuer les productions d’énergies polluantes ou accentuant l’effet de serre. La transition énergétique voulue par la COP 21 a fixé des objectifs ambitieux. Des politiques de prix ont été proposées aux industriels pour développer les énergies renouvelables, et la petite hydraulique reste la meilleure réponse aux enjeux de production écologique.
Dans les pays en développement, le rôle des petites centrales hydrauliques est plus important, dans la mesure où les réseaux sont moins puissants et la diversité des solutions hydrauliques permet des solutions locales et décentralisées de production.
Le lecteur intéressé sur le sujet pourra trouver des informations complémentaires en particulier sur les machines dans [D 3930], [D 4008] et [B 4407].
Les instances européennes appellent « petits aménagements hydroélectriques » ceux dont la puissance n’excède pas 12 MW (loi de février 2002).
En France, ce parc représente plus de 1 800 centrales, totalisant une puissance de 2 000 MW et un productible de 8 500 GWh.
Ces petits aménagements hydroélectriques, dont la plupart sont au fil de l’eau, ne jouent aucun rôle dans la gestion d’un grand réseau et, de ce fait, peuvent admettre des simplifications, tant au niveau de la conception (standardisation, simplification des circuits) que de l’exploitation, tout en assurant une sécurité publique maximale par rapport aux personnes et aux biens.
La conception des ouvrages et des matériels ne doit pas se limiter à une simple réduction homothétique de ceux des grosses centrales, mais doit répondre à des objectifs de :
-
simplicité ;
-
grande fiabilité ;
-
durée de vie égale à celle du titre administratif, en général de 30 ans.
La conception doit intégrer la nécessité d’une maintenance minimale et d’une périodicité rare. L’exploitation doit être simple et pouvoir être assurée par du personnel non spécialisé. Pour cela, la conduite et le fonctionnement sont entièrement automatiques avec des équipements fiables et sûrs, et des réglages optimisant la production.
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- Version archivée 1 de août 2004 par Pierre LAVY
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Matériels et services auxiliaires, matériels électriques
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4. Matériels hydrauliques
4.1 Turbines
Leur technologie est décrite dans [B 4407]. Ne sont décrites ici que les spécificités des turbines de petite hydraulique.
La turbine est l’organe qui transforme l’énergie potentielle et cinétique de l’eau en énergie mécanique. La roue en est la partie mobile entraînant l’arbre de rotation qui transmettra l’énergie mécanique au générateur. La puissance de cette énergie est égale à :
avec :
- Wt :
- puissance (kW),
- vt :
- rendement de la turbine,
- Q :
- débit (m3/s),
- hn :
- hauteur de la chute nette à l’entrée de la turbine (m).
Le choix du type des turbines dépend de ces deux variables : la hauteur nette h n et le débit Q. Les turbiniers proposent des abaques pour le choix de leur fabrication (figure 18).
On classe les turbines en deux grandes familles :
-
les turbines à action (Pelton, Turgo, Banki) ;
-
les turbines à réaction (Francis, Hélice, Kaplan).
Les turbines Pelton sont utilisées sur des chutes élevées avec des rendements satisfaisants (85 %) qui dépendent de la parfaite géométrie des organes et de la capote environnant la turbine, et qui restent satisfaisants à charge réduite.
Les vitesses de rotation sont élevées...
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Matériels hydrauliques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SHF-ADEME - Petits aménagements hydrauliques - : • Guide général pour la conception, la réalisation, la mise en service, l’-exploitation, le contrôle. • Guide pour l’intégration dans l’environnement. • Cahier des charges types et spécifications techniques aux équipements (1999) .
-
(2) - GINOCCHIO (R.) - L’énergie hydraulique. - Eyrolles (1978).
-
(3) - RANDRIAMAMONJY (M.) - Optimisation des équipements hydromécaniques d’une mini-centrale hydroélectrique. - Thèse INP – Grenoble (2000).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
• Les organisations professionnelles
L’ADEME : Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie
Donne tous les renseignements, des guides et conseils pour établir les dossiers.
France Hydro-Electricité : Syndicat des professionnels de l’hydroélectricité
66 rue de la Boètie – 75008 PARIS
Tel : 0156599124 fax : 0156599123 http://www.france-hydro-electricite.fr
FHE est membre de l’ESHA qui fédère les professionnels de l’hydroélectricité européenne. http://www.esha.be/
EAF (Électricité Autonome de France) : (syndicat de producteurs indépendants d’électricité) :
La Boursidière BP 48 – 92357 Le Plessis Robinson
Tél : 0146302828 Fax : 0146305263 [email protected]
Hydro21 : Association destinée à mieux faire connaître le potentiel de compétences de la région grenobloise en hydraulique et hydroélectricité.
82 Avenue Léon Blum BP 75 – 38 041 GRENOBLE Cedex –
FDMF : Fédération Des Moulins de France qui édite la Revue Le monde des moulins
304, rue Pelleport – 33800 BORDEAUX
Tél : 0556918850 – http://www.fdmf.fr
FFAM : Fédération Française des Amis des Moulins
36, rue de la chaudière – 91370 VERRIÈRES-LE-BUISSON.
Tel : 0143474347 fax : 0143474124 http://www.moulinsdefrance.org
SDMC Syndicat de Défense des Moulins
Daniel Farges, Moulin...
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