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LES ÉNERGIES RENOUVELABLES LES MICRO-CENTRALES HYDRAULIQUES Réalisé par Denis KEIFLIN – Lycée Louis ARMAND de MULHOUSE.

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2 LES ÉNERGIES RENOUVELABLES LES MICRO-CENTRALES HYDRAULIQUES Réalisé par Denis KEIFLIN – Lycée Louis ARMAND de MULHOUSE

3 Sommaire Principe de fonctionnement Les turbines. Législation relative aux micro centrales Statistiques Les tarifs

4 La microcentrale : bâtiment qui abrite la turbine, le générateur, les systèmes de contrôle et de régulation. Le barrage : dévie une partie du débit de la rivière vers la microcentrale Les ouvrages de dérivation : la prise deau prélève le débit nécessaire au fonctionnement. Une grille retient les débris charriés par leau ; le canal de dérivation amène leau à la conduite forcée; la conduite forcée relie la prise deau à la turbine ; le canal de fuite (ou de restitution) ramène leau à la rivière.

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6 Leau qui traverse lhélice ou frappe les augets de la turbine la fait tourner. Une fois mise en mouvement, la turbine entraîne un générateur de courant qui transforme lénergie mécanique en énergie électrique. Celle-ci est soit utilisée directement, soit stockée dans des accumulateurs. Un dénivelé de 2m suffit souvent entre la prise deau et la turbine. Leau retourne à la rivière à laval de linstallation. Principe de fonctionnement

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8 Principe de base d une installation hydraulique Rendement de la turbine hydraulique : T = 0.85…0.92 Rendement du générateur électrique : G = 0.9… Puissance mécanique brute : Pm(W)= g(m/s²) (kg/m 3 ) * Q(m 3 /s) h(m) Puissance électrique nette : Pe = g(m/s²) T G Q(m3/s) h(m) Exemple: Centrale de Pierre Blanche H=105 m Q=1600 l/s Pm=9, ,6 105 Pm = kW T = 0.90 G = 0.96 Pe = kW -Turbine FRANCIS, axe horizontal, 750tr/mn, -Génératrice asynchrone à axe horizontal, tension 5000 V aux bornes, -Transformateur : Puissance 2000 kVA tension 500/20 000V

9 Vitesse de l'eau Section d'injection Choc d'un jet

10 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 MW. La Petite Hydraulique dépasse tout juste les MW installés. Classification des centrales

11 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).

12 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).

13 Les turbines à action 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) < Les pressions à lentrée 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 dutilisation et de conception mais également les moins efficaces.

14 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 l/s. 50 n(tr/mn) < Il y a 2 problèmes avec cette turbine: la couronne d'aubage est très fragile La production est inférieure à 1 MW.

15 Les turbines à réaction Turbine Kaplan. Adaptée pour les faibles chutes jusqu'à 10m en hauteur, et pour les très grands débits de 5000 à l/s. Lorsque la pression à lentrée 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.

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

17 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.

18 Micro-centrale d'Aydius Pyrénées-Atlantiques Exemples Débit déquipement : 1100 l/s Hauteur de chute brute : 301 m Puissance maximum injectée sur le réseau : kW Production électrique moyenne : 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 déquipement : 1600 l/s Hauteur de chute brute : 101 m Puissance maximum injectée sur le réseau : kW Production électrique moyenne : 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

19 Législation relative aux microcentrales Dépôt du dossier en préfecture Consultation des services -DRIRE -Police des eaux -DDE -DDAF -DDAS -SDIS -DIREN -CSP Fédération départ. de pêche. (Avis 2 mois) Servitudes éventuelles Consultation du conseil général Avis des conseillers municipaux Désignation du commissaire enquêteur Ouverture de lenquête publique: -10 à 15 j selon la puissance -Affichage (mairie,voisinage et journaux) -8j après lenquête, 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 Mise en exploitation Début des travaux Conseil départemental dHygiène Le projet darrêté est porté au demandeur Arrêté dautorisation Envoie des plans par le demandeur pour avis

20 Statistiques Production hydroélectricité 2003

21 Production électrique EnR en 2006

22 Consommation délectricité 450 TWh550 TWh (hyp : croissance de 1-2% par an de la consommation délectricité) Part de lénergie renouvelable (21%) 77,4 TWh115 TWh Hydraulique (grande, petite et pompage) 73,6 TWh70 TWh Petite hydraulique Env. 5 TWh Objectifs de la France pour les EnR

23 Les tarifs larrêté du 25 juin 2001 prévoit des contrats de 20 ans et fixe les tarifs dachat de lélectricité 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

24 Les grandes installations. le coût du kWh produit est de l'ordre de 2,2 c/kWh en moyenne, mais il peut monter jusquà 10 c/kWh pour 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. centralesPuissancesHauteursDébitsCoût de linstallation Micro 20 kW5 m550 l/s et Pico 2 kW100 m2,5 l/s5 000 et

25 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.

26 Fin


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