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RÉSUMÉ
Les petites centrales hydrauliques, à faible puissance, sont très différentes des grandes centrales gérées par EDF. Héritières des premiers générateurs d'énergie renouvelable, elles sont souvent implantées à la place d'usine ou de moulins utilisant la force de l'eau. Et elles sont très nombreuses, ce qui pose une problématique de gestion. Cet article expose les différents types de centrales hydrauliques et leur mode d'exploitation.
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Sylvain PERRIN : Agrégé de génie électriqueIUT de Saint-Dié-des-Vosges , département GEII
INTRODUCTION
Les petites centrales hydrauliques (PCH), de par leur faible puissance, leur localisation au fil de l’eau, leur mode d’exploitation décentralisé, leur connexion au réseau BT ou MT, présentent des différences notables par rapport aux grandes installations gérées par EDF. Bien souvent, elles ont été implantées en lieu et place d’usines ou de moulins utilisant la force de l’eau. De ce fait, elles sont les héritières des premiers dispositifs exploitant cette source d’énergie renouvelable. Enfin, leur grand nombre les classe parmi les sources d’énergie dispersées dont la problématique de gestion constitue un sujet d’actualité important.
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6. Générateurs électriques
On rencontre deux types de générateurs dans les PCH qui sont :
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les alternateurs (machines synchrones) pour toutes les centrales ne débitant pas sur le réseau ;
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les génératrices asynchrones pour celles qui débitent sur un réseau puissant.
Les picocentrales (10 à 100 kW) sont parfois équipées d’une machine à courant continu ou d’une machine asynchrone autoexcitée par des condensateurs. Dans ce cas, la quantité de condensateurs et la charge assurent la régulation de tension et de fréquence.
Les générateurs utilisés en association avec les turbines hydrauliques doivent être mécaniquement dimensionnés pour résister à des survitesses qui correspondent à la vitesse d’emballement des turbines. Cette vitesse d’emballement est comprise entre 1,8 et 3 fois la vitesse nominale. Actuellement, ce rapport d’emballement est voisin de 2. La machine asynchrone est, de par sa conception, d’un entretien plus simple que la machine synchrone, qui possède souvent des bagues et des balais pour les petites puissances. Cependant, elle ne peut être utilisée que dans le cas d’un débit sur un réseau capable d’imposer la fréquence et de fournir la puissance réactive nécessaire à sa magnétisation.
6.1 Machines synchrones
La machine synchrone est une machine qui se prête bien au fonctionnement en générateur (alternateur). Elle possède deux entrées de réglage séparées qui sont sa vitesse, qui fixe la fréquence, et son courant d’excitation, qui fixe la tension dans le cas d’une installation autonome. Dans le cas d’un raccordement au réseau, le moteur d’entraînement fixe la puissance fournie et le courant d’excitation permet de régler les échanges de puissance réactive.
Le courant d’excitation peut être fourni au rotor par une alimentation continue réglable comme un pont à thyristors ; cette disposition nécessite des bagues et des balais. Pour les alternateurs de forte puissance, on utilise une excitatrice avec diodes tournantes. Cette excitatrice est un alternateur à structure inversée, c’est-à-dire que l’enroulement induit est mobile ; ce...
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Générateurs électriques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GINOCCHIO (R.) - L’Énergie hydraulique - . Eyrolles (1978).
-
(2) - Énergie pour l’avenir : les sources d’énergie renouvelables. Livre blanc établissant une stratégie et un plan d’action communautaires - . Commission européenne (1997). http://europa.eu.int/scadplus/leg/fr/lvb/l27023.htmhttp://www.apcede.com/data/livre_blanc_enr.pdf
-
(3) - COCHET (Y.) - Stratégie et moyens de développement de l’efficacité énergétique et des sources d’énergie renouvelables en France : rapport au Premier ministre - . La documentation française (2000). http://www.ladocumentationfrancaise.fr/brp/notices/014000086.shtml
-
(4) - VIVIER (L.) - Turbines hydrauliques et leur régulation - . Albin Michel (1965).
-
(5) - MONITION (L.), LE NIR (M.), ROUX (J.) - Les microcentrales hydroélectriques - . Masson (1981).
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...
ANNEXES
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Situation actuelle
En 2000, environ 1 700 producteurs autonomes privés ont produit 7 TWh, soit 1,5 % de la production électrique française ou 2 % de la consommation nationale et 10 % de la production hydraulique française. Pour mémoire, la consommation française pour l’année 2000 a atteint 424 TWh. EDF exploite 550 sites d’une puissance comprise entre 100 kW et 1 800 MW. Le tableau 1 et la figure 1 permettent de situer la part de la production des PCH en France ainsi que l’évolution globale de la production d’électricité hydraulique.
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Évolution
Le Livre blanc sur les énergies renouvelables (1997) prévoit pour 2010 une augmentation de la production d’électricité par les énergies renouvelables de 6 % actuellement à 12 %. Cette augmentation de 6 % devra provenir de l’énergie éolienne, de la petite hydraulique, de la biomasse et de l’énergie photovoltaïque. Le rapport Cochet (2000) préconise les mesures suivantes pour la petite hydraulique :
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