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RÉSUMÉ
L'hydroélectricité a de nombreux atouts : énergie propre et renouvelable, disponibilité et fiabilité excellentes et temps de réponse courts. Si les pays développés sont bien équipés en hydroélectricité, de grands gisements restent disponibles dans les pays en voie de développement. Cet article décrit les grandes caractéristiques des barrages, à la fois en termes de ressources en eau nécessaires, d'impact environnemental, et de conception et construction des différents éléments. Enfin quelques notions d'exploitation sont présentées.
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Pierre LAVY : Ingénieur de l’École nationale supérieure d’ingénieurs électriciens de Grenoble (IEG) - Ancien directeur technique de l’hydraulique d’EDF
INTRODUCTION
L’hydroélectricité a permis, avec l’électricité des centrales thermiques à combustibles puis nucléaires, de mettre à disposition de l’industrie et des particuliers l’énergie nécessaire à leur développement. Dans les pays développés, la quasi-totalité des ressources hydrauliques rentables est équipée et la demande augmentant, l’hydroélectricité perd sa primauté, sauf dans les pays nordiques. En revanche, de grandes réserves sont en voie d’équipement dans les pays en voie de développement et les pays asiatiques.
Les systèmes électriques des pays développés étaient très liés aux organisations nationales jusqu’à la fin du xxe siècle. Mais la libération de l’organisation menant à l’ouverture des marchés de l’électricité conduira à modifier les critères d’investissement dans l’hydraulique (voir l’article « Le secteur électrique : du monopole à la concurrence »).
Les qualités de l’hydroélectricité pour l’équilibre permanent entre la production et la consommation sont un atout de pérennité :
-
une énergie renouvelable et propre ;
-
un coût combustible nul et une énergie nationale ;
-
une excellente disponibilité sur l’année (~ 90 %) ;
-
une fiabilité des réponses aux sollicitations (~ 99 %) ;
-
des temps de réponse très courts (de l’arrêt à la pleine puissance en quelques minutes).
L’augmentation de la consommation globale d’énergie des pays développés, et ses conséquences sur la détérioration de l’environnement, a conduit à repenser au développement des énergies renouvelables, l’hydroélectricité restant de loin la plus importante en terme de production. Les grandes retenues d’eau avaient principalement pour but de fournir une réserve d’électricité, elles ont de plus en plus des buts multiples : irrigation, soutien d’étiage, écrêtement de crues, alimentation en eau industrielle ou potable, tourisme, etc.
Les études doivent préciser les coûts d’investissement nécessaires, leur étalement, les coûts d’exploitation et les actifs apportés par la production capitalisée. Elles doivent déterminer le meilleur investissement pour utiliser le gisement hydraulique et limiter les impacts sur l’environnement.
Un aménagement hydroélectrique comprend un barrage créant une retenue d’eau plus ou moins importante, une prise d’eau dans cette retenue, des ouvrages d’amenée, une usine de production, une restitution au cours d’eau, une ligne d’évacuation d’énergie et des accès aux sites.
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Ouvrages
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3. Aménagements
3.1 Caractéristiques d’une chute
Le débit d’équipement et la hauteur de chute sont les paramètres principaux définissant le projet. La puissance installée P (exprimée en kilowatts) se calcule par la formule :
avec :
- k :
- un coefficient dépendant du rendement global de l’installation et tenant compte des pertes de charge le long du circuit hydraulique et des rendements globaux de la centrale (k » 8)
- Qe :
- le débit d’équipement (m3/s)
- h :
- la hauteur brute (m).
La productibilité annuelle W pm (kWh) d’un site est la production qui serait faite à partir des débits moyens journaliers utilisables (Q j diminués des débits réservés à la prise) dans des conditions idéales d’exploitation (pas de perte d’énergie, disponibilité totale).
Le productible moyen d’une année W ap (kWh) correspond à la production d’une année calculée avec les débits journaliers utilisables. L’indice de productibilité I p = W ap/W pm dépend des apports de l’année.
La production réelle d’une année W aa (kWh) est l’énergie réellement produite compte tenu des éventuels déversements en crues ou des pertes liées aux indisponibilités des équipements.
La puissance garantie P g (W) est la puissance disponible à coup sûr à une période déterminée. Elle a une valeur importante pour la conduite des réseaux.
Le coefficient énergétique de l’équipement C e est la valeur en kilowattheures d’un mètre cube turbiné.
HAUT DE PAGE3.2 Types de production
Selon la hauteur de chute, la capacité...
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Aménagements
En 2000, 18 % de l’énergie électrique produite dans le monde était d’origine hydraulique. La répartition de puissance hydraulique installée est représentée sur la figure 1.
En France, 15 % de l’électricité produite (70 TWh) est d’origine hydroélectrique. Ce chiffre place la France au premier rang des producteurs d’hydroélectricité de l’Union européenne.
Les productions des petites centrales (< 10 MW) sont injectées sur les réseaux de distribution et sont consommées localement. La grande majorité de ces petites centrales est au fil de l’eau ; elles appartiennent à des producteurs « autonomes » des collectivités.
Nota : à ce sujet, le lecteur est invité à consulter l’article Petites centrales hydrauliques [D 3 930].
Les productions plus importantes sont injectées sur les réseaux de transport (> 63 kV) et participent à l’équilibre entre la production et la consommation (figure 2). Leur nombre est indiqué sur la figure 3. Leur répartition par type d’aménagement hydraulique est représenté sur la figure 4.
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