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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 :
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une énergie renouvelable et propre ;
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un coût combustible nul et une énergie nationale ;
-
une excellente disponibilité sur l’année (~ 90 %) ;
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une fiabilité des réponses aux sollicitations (~ 99 %) ;
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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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6. Automatismes
La conduite des centrales hydrauliques est totalement automatique. Les centrales au fil de l’eau sont asservies au débit entrant, les centrales d’éclusées suivent un programme préétabli et modifiable à distance, les centrales de pointe sont télécommandées depuis des postes centralisés capables de commander plusieurs complexes.
le poste de commande hydraulique de Lyon commande l’ensemble des centrales des gisements Isère et Ain.
Quand plusieurs centrales sont en chaîne sur une rivière comme, par exemple, les centrales utilisant la chute des barrages de navigation, il est indispensable d’avoir une gestion coordonnée des biefs par un poste centralisé pour éviter l’amplification des perturbations le long de la chaîne.
6.1 Automates de groupe
Ils assurent le démarrage, l’arrêt et la protection des machines, le couplage au réseau et le réglage de la charge.
Si le groupe est à l’arrêt et qu’il reçoit l’ordre de démarrage, l’automate vérifie que les conditions le permettent, en particulier l’absence de défaut, les conditions de débit, la présence de tension sur le réseau. Il donne les ordres nécessaires à chaque phase de démarrage, phases qui sont déterminées par la position des organes manœuvrés :
-
mise en service des auxiliaires du groupe, mise en pression de l’huile de commande des organes d’admission, des réfrigérations ;
-
mise en service de la régulation de vitesse et ouverture de la vanne de garde puis du distributeur pour amener le groupe à la vitesse nominale ;
-
mise en service de la régulation de tension et excitation jusqu’à égaliser la tension de l’alternateur et la tension du réseau ;
-
mise en service du synchro-coupleur et couplage quand les conditions de vitesse, de tension et de phase en sont remplies ;
-
prise de charge et réglage de celle-ci.
Si un ordre d’arrêt normal est donné, l’automate procède aux actions suivantes :
-
fermeture de l’admission à la vitesse normale de manœuvre calculée pour éviter les surpressions dans la conduite forcée ou les intumescences dans le canal ;
-
désexcitation de l’alternateur et ouverture du disjoncteur quand le courant stator est nul ;
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arrêt...
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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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