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LES MICRO-CENTRALES HYDRAULIQUES

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LES ÉNERGIES RENOUVELABLES. LES MICRO-CENTRALES HYDRAULIQUES. Réalisé par Denis KEIFLIN – Lycée Louis ARMAND de MULHOUSE. Sommaire. Principe de fonctionnement. Les turbines. Législation relative aux micro centrales. Statistiques. Les tarifs.

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les micro centrales hydrauliques

LES ÉNERGIES RENOUVELABLES

LES MICRO-CENTRALES HYDRAULIQUES

Réalisé par Denis KEIFLIN – Lycée Louis ARMAND de MULHOUSE

sommaire
Sommaire

Principe de fonctionnement

Les turbines.

Législation relative aux micro centrales

Statistiques

Les tarifs

slide3

Lamicrocentrale :bâtiment qui abrite la turbine, le générateur, les systèmes de contrôle et de régulation.

Lebarrage : dévie une partie du débit de la rivière vers la microcentrale

Les ouvrages de dérivation :• la prise d’eau prélève le débit nécessaire au fonctionnement.Une grille retient les débris charriés par l’eau ;• le canal de dérivation amène l’eau à la conduite forcée;• la conduite forcée relie la prise d’eau à la turbine ;• le canal de fuite (ou de restitution) ramène l’eau à la rivière.

principe de fonctionnement

L’eau qui traverse l’hélice ou frappe les augets de la turbine la fait tourner. Une fois mise en mouvement, la turbine entraîne un générateur de courant qui transforme l’énergie mécanique en énergie électrique.

Celle-ci est soit utilisée directement, soit stockée dans des accumulateurs. Un dénivelé de 2m suffit souvent entre la prise d’eau et la turbine.

L’eau retourne à la rivière à l’aval de l’installation.

Principe de fonctionnement
slide7

-Turbine FRANCIS, axe horizontal, 750tr/mn,

-Génératrice asynchrone à axe horizontal, tension 5000 V aux bornes,

-Transformateur : Puissance 2000 kVA tension 500/20 000V

Principe de base d ’une installation hydraulique

Puissance mécanique brute : Pm(W)= g(m/s²) (kg/m3) * Q(m3/s)  h(m)

Puissance électrique nette : Pe = g(m/s²) T G  Q(m3/s)  h(m)

Rendement de la turbine hydraulique : T = 0.85…0.92

Rendement du générateur électrique : G = 0.9…..0.97

Exemple: Centrale de Pierre Blanche

H=105 m

Q=1600 l/s

Pm=9,81 1000 1,6 105

Pm = 1 648 kWT = 0.90

G = 0.96

Pe = 1 424 kW

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Vitesse de l'eau

Choc d'un jet

Section d'injection

classification des centrales
Classification des centrales

La France a développé son potentiel hydraulique avec la réalisation d'installation de " Grande Hydraulique ", qui représente plus de 90 % de la puissance installée, soit 23 500 MW.

La Petite Hydraulique dépasse tout juste les 2 000 MW installés.

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Centrale de basse chute : h< 30 m

  • pas de possibilité d ’accumulation (au fil de l ’eau).
  • Turbine à réaction à pales orientables (Kaplan).
  • Centrale de chute moyenne : 30 m < h < 300 m accumulation journalière ou hebdomadaire.
  • Turbines à réaction à pales fixes (Francis).
  • Centrale de haute chute : h > 300m
  • accumulation saisonnière.
  • Turbines à action (Pelton).
les turbines
Les turbines

Selon le débit et la hauteur de chute, les turbines proposent des conceptions différentes avec des profils de pales donnant le rendement optimum.

Pour les faibles hauteurs d'eau avec des débits importants (barrages sur une rivière), on prendra des turbines à axe vertical de type (Kaplan ou Francis).

Pour des chutes de grande hauteur et de faible débit (torrent ou cascade déviés en conduites forcées), on prendra des turbines à axe horizontal de type (Pelton ou Francis).

les turbines action
Les turbines à action

Les pressions à l’entrée et à la sortie de la roue sont égales, la turbine est dite à action. Ce sont les turbines Pelton et Crossflow.

Ces turbines sont les plus simples d’utilisation et de conception mais également les moins efficaces.

Turbine Pelton.

L'eau est envoyée sous pression par des injecteurs. Turbine adaptéé pour les très grandes chutes à faible débit. 500  n(tr/mn) < 1500.

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Turbine Banki-Mitchell (ou Crossflow). Le fluide agit de façon centripète à l'entrée et de façon centrifuge à la sortie de la turbine. Turbine adaptée pour les hauteurs de chute de 1 à 200 m, et pour les débits de 20 à 10 000 l/s. 50  n(tr/mn) < 2000.Il y a 2 problèmes avec cette turbine:

  • la couronne d'aubage est très fragile
  • La production est inférieure à 1 MW.
les turbines r action
Les turbines à réaction

Lorsque la pression à l’entrée de la roue est supérieure à la pression de sortie, on parle de turbine à réaction. Ce sont les turbines Kaplan et Francis.

Ces turbines sont complexes et ont de bons rendements.

Turbine Kaplan.

Adaptée pour les faibles chutes jusqu'à 10m en hauteur, et pour les très grands débits de 5000 à 100 000 l/s.

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Turbine Francis. Elle est adaptée pour les hauteurs de chute entre 1 et 100 m et pour les débits jusqu'à 30 000 l/s. Vitesse de rotation : entre 250 et 1000 tr/mn.

les g n rateurs
Les générateurs

Le choix du générateur dépend de l'utilisation de l'énergie produite. Pour des problèmes de régulation, on emploie une génératrice synchrone lorsque l'installation est prévue pour de l'auto-consommation, et une génératrice asynchrone quand la centrale est montée en parallèle avec le réseau.

Pour limiter les investissements des petites puissances on préfère acheter dans le cas d'une autoconsommation une génératrice asynchrone.

La génératrice de courant continu est envisageable uniquement pour des besoins de chauffage et d'éclairage. Une source de courant pour alimenter une maison nécessite l'achat d'un onduleur ou de matériel fonctionnant en courant continu.

exemples

Micro-centrale d'Aydius Pyrénées-Atlantiques

Exemples
  • Débit d’équipement : 1100 l/s
  • Hauteur de chute brute : 301 m
  • Puissance maximum injectée sur le réseau : 2 800 kW
  • Production électrique moyenne : 9.500.000 kWh/an
  • Turbine PELTON, axe horizontal, 2 injecteurs, 750 tr/mn,
  • 1 alternateur synchrone à axe horizontal,tension 5,5 kV puissance aux bornes 3 MVA,
  • Transformateur : 3,6 MVA, 5,5/20 kV

Micro-centrale de Névache Hautes Alpes

  • Débit d’équipement : 1600 l/s
  • Hauteur de chute brute : 101 m
  • Puissance maximum injectée sur le réseau : 1 300 kW
  • Production électrique moyenne : 6.600.000 kWh/an
  • 2 Turbines FRANCIS, axe horizontal,1000 tr/mn,
  • 2 génératrices asynchrones à axe horizontal, puissance aux bornes 740 kV,
  • Transformateur : 1,6 MVA, 500/20 kV
l gislation relative aux microcentrales
Législation relative aux microcentrales

Dépôt du dossier en préfecture

Servitudes éventuelles

Désignation du commissaire enquêteur

Consultation des services

-DRIRE

-Police des eaux

-DDE

-DDAF

-DDAS

-SDIS

-DIREN

-CSP

Fédération départ. de pêche.

(Avis 2 mois)

Consultation du conseil général

Ouverture de l’enquête publique:

-10 à 15 j selon la puissance

-Affichage (mairie,voisinage et journaux)

Avis des conseillers municipaux

-8j après l’enquête, le commissaire communique les observations au demandeur.

-le demandeur établit un mémoire en réponse dans les 22j

Le commissaire adresse au préfet le dossier et ses conclusions dans 15 j

Conseil départemental d’Hygiène

Arrêté d’autorisation

Le projet d’arrêté est porté au demandeur

Envoie des plans par le demandeur pour avis

Début des travaux

Mise en exploitation

statistiques
Statistiques

Production hydroélectricité 2003

objectifs de la france pour les enr
Objectifs de la France pour les EnR

2000

2010

Consommation d’électricité

450 TWh

550 TWh

(hyp : croissance de 1-2% par an de la consommation d’électricité)

Part de l’énergie renouvelable (21%)

77,4 TWh

115 TWh

Hydraulique (grande, petite et pompage)

73,6 TWh

70 TWh

Petite hydraulique Env. 5 TWh

les tarifs
Les tarifs
  • l’arrêté du 25 juin 2001 prévoit des contrats de 20 ans et fixe les tarifs d’achat de l’électricité produite par des installations hydroélectriques.
  • 6,10 c€/kWh puissance max installée 500 kVA.
  • 5,49 c€/kWh puissance max installée  600 kVA.
  • Prime comprise entre 0 et 1,52 c€/kWh en hiver, selon la régularité de la production
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Les grandes installations.

le coût du kWh produit est de l'ordre de 2,2 c€/kWhen moyenne, mais il peut monter jusqu’à 10 c€/kWhpour les pico-centrales (puissance inférieure à 100 kW).

Il faut rajouter le coût des études environnementales, qui peuvent faire doubler le prix de l'installation.

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Avantages :

    • Production d'énergie durant les heures de fortes consommations d'électricité.
    • Pompage durant les heures creuses (reconstituer la réserve d'eau dans le bassin).
    • Démarrage et arrêt des centrales très rapides.
    • Aucune pollution durant la production d'électricité.
    • Haut niveau de rendement des machines (90%).
  • Inconvénients :
    • Modification du débit et du niveau de l'eau.
    • Perturbation de la faune et de la flore.
    • Surcoût lié à la nécessité d'installer des passes à poissons.
    • Risque pour les personnes en aval lié au barrage.