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Bassin hydraulique.
Puissance hydraulique.

Centrales hydroélectriques : de l'électricité avec la puissance de l'eau

Centrales hydroélectriques : de l'électricité avec la puissance de l'eau

Une centrale hydroélectrique est un ensemble d’ouvrages d’ingénierie hydraulique accompagnés d’une série de machines adaptées. L’objectif d’une centrale hydroélectrique est d’obtenir de l’électricité à partir de l’énergie potentielle des masses d’eau en mouvement.

Ces types de centrales électriques profitent de l’énergie potentielle de l’eau pour produire de l’énergie électrique.

L’énergie produite par les centrales hydroélectriques doit être classée à tous égards comme énergie renouvelable. Grâce au cycle de l’eau, cette ressource peut être réutilisée à l’infini dans le même but sans subir de processus d’épuration. Le concept de renouvelabilité est subordonné à la constance du volume annuel des intrants totaux.

Les centrales hydroélectriques ont la particularité d'être activées et désactivées en quelques minutes avec l'ouverture immédiate des vannes hydrauliques. Cette fonctionnalité offre la possibilité de couvrir facilement les pics soudains de demande en énergie électrique qui peuvent survenir.

Comment fonctionne une centrale hydroélectrique ?

Une centrale hydroélectrique moderne se compose de : un réservoir, un barrage, des vannes, des turbines et des générateurs.

Le réservoir stocke le « carburant » et permet aux opérateurs de contrôler la quantité d'eau alimentant les turbines. Il sert également de décanteur : la plupart des saletés et débris présents dans l'eau se déposent au fond et loin de la zone d'aspiration.

Arrivée d'eau

L'eau provenant du bassin est transportée vers les turbines par une entrée (barrage à vanne) et une conduite forcée. Un système de filtre d'entrée nettoie davantage l'eau pour garantir qu'elle est relativement exempte de matières en suspension, qui pourraient endommager les aubes de la turbine.

Les systèmes hydrauliques fonctionnent ensemble pour ouvrir et fermer les vannes qui permettent à l’eau de s’écouler en aval du bassin. Ces systèmes sont : le régulateur, les freins, les commandes de portail, etc.

Turbine hydraulique

La roue hydraulique du passé est devenue une turbine moderne. Contrairement à la forme et à la configuration des pales, les trois principaux types de turbines sont Francis, Kaplan et Pelton, du nom de leurs inventeurs.

Quel que soit le type de conception, la turbine transforme l'énergie cinétique du mouvement ou de la chute de l'eau en énergie mécanique.

Générateur électrique

La turbine est reliée par l'arbre au rotor d'un générateur électrique qui convertit l'énergie mécanique en électricité.

Pour une efficacité maximale, les turbines sont fabriquées sur mesure pour chaque centrale hydroélectrique.

Types de centrales hydroélectriques

Centrales hydroélectriques : de l'électricité avec la puissance de l'eauLa classification des centrales hydroélectriques dépend de facteurs tels que le stockage de l'eau (réservoirs ou au fil de l'eau), la situation géographique, la taille et la capacité, ainsi que le débit d'eau disponible. Chaque type est choisi en fonction de la géographie locale et des besoins de production d'électricité

Certains des types les plus courants sont :

  • Centrales hydroélectriques à réservoir : elles stockent l'eau dans un réservoir et la libèrent progressivement pour entraîner des turbines et produire de l'électricité. Ce sont les plus courants.
  • Plantes au fil de l’eau : elles ne stockent pas l’eau et dépendent du débit constant des rivières ou des ruisseaux pour produire de l’énergie.
  • Stations de pompage : elles stockent l'eau dans deux réservoirs situés à des hauteurs différentes et produisent de l'électricité en pompant l'eau du réservoir inférieur vers le réservoir supérieur pendant les périodes de faible demande, puis en la relâchant vers le bas pendant les périodes de pointe.
  • Centrales marémotrices : captez l’énergie marémotrice en permettant à l’eau de s’écouler vers et depuis un bassin marémoteur à travers des turbines.
  • Centrales hydroélectriques souterraines : elles utilisent des cavernes ou des cavités souterraines pour stocker l'eau et produire de l'énergie, ce qui minimise l'impact environnemental en surface.
  • Petites centrales hydroélectriques ou microhydroélectriques : Il s'agit d'installations plus petites utilisées dans les zones éloignées ou les communautés rurales pour produire de l'électricité locale.
  • Centrales à débit continu : Ces centrales utilisent le courant constant des petites rivières pour produire de l’électricité en continu.

Installations de pompage

Les centrales de pompage-turbinage sont des centrales électriques qui remplissent leur propre bassin de stockage d’eau lorsque la production d’électricité dépasse la consommation.

La centrale électrique achète alors de l’électricité à un prix inférieur à son prix moyen, modifie alors sa configuration et pompe de l’eau vers ses réservoirs de stockage. Lorsque la consommation dépasse l’offre d’électricité, la centrale vend aux consommateurs l’électricité qu’elle produit à partir de ses réservoirs de stockage à un prix plus élevé que son prix moyen.

Les stations de pompage utilisent deux réservoirs situés à des hauteurs différentes. Lorsqu’il y a une demande, la centrale produit de l’électricité comme une centrale conventionnelle. L'eau tombe du réservoir supérieur, entraîne les turbines et est stockée dans le réservoir inférieur.

Lorsque la demande est faible, l’eau est à nouveau pompée du réservoir inférieur, au pied du barrage, vers le réservoir supérieur.

Caractéristiques principales

La capacité de production d’une centrale hydroélectrique est déterminée par plusieurs facteurs clés :

  • Dénivelé : La puissance générée dépend du dénivelé entre le niveau moyen du réservoir et le niveau d’eau au pied du barrage.
  • Débit maximum : La capacité du débit d’eau à traverser les turbines est un facteur essentiel.
  • Caractéristiques des turbines et des générateurs : L'efficacité des turbines et des générateurs électriques utilisés dans la centrale influence la production d'énergie.
  • Capacité énergétique annuelle : La quantité d’énergie que la centrale peut produire sur une période donnée, généralement un an, est un indicateur de sa capacité.

Types de turbines hydrauliques

Centrales hydroélectriques : de l'électricité avec la puissance de l'eauLes turbines hydrauliques utilisées pour convertir l'énergie mécanique en électricité sont :

  • Turbine Pelton : Convient aux chutes d'eau élevées et aux débits faibles à modérés.
  • Turbine Kaplan : Idéale pour les débits variables et les chutes modérées.
  • Turbine Turgo : utilisée dans les applications à débit moyen et à hauteur de tête modérée.
  • Turbine Francis : Polyvalente et adaptée à une variété de débits et de hauteurs.

Avantages des centrales hydroélectriques

Les avantages de la production d’électricité par des centrales hydroélectriques par rapport à d’autres alternatives sont les suivants :

Faible coût économique

Le principal avantage de l’énergie hydroélectrique est l’élimination des coûts de carburant. Le coût de fonctionnement d’une centrale hydroélectrique est presque insensible à l’augmentation des coûts des combustibles fossiles.

Le carburant n’est pas nécessaire et ne doit pas être importé.

Le coût global de la main d’œuvre est faible, car les usines sont automatisées et disposent d’un personnel réduit pendant leur fonctionnement.

Une centrale hydroélectrique peut être créée avec des coûts de construction relativement faibles, fournissant ainsi une source de revenus utile pour compenser les coûts d'exploitation de base.

Avantages environnementaux

Cette façon de produire de l’énergie n’émet pas de gaz à effet de serre.

Étant une énergie renouvelable, elle ne consomme pas de combustibles fossiles. Il n’émet donc pas de gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone, entre autres.

Autres types d'activités : Activités récréatives, sportives et touristiques

Les réservoirs situés dans la zone centrale offrent parfois des installations pour les sports nautiques, devenant ainsi des attractions touristiques en eux-mêmes.

Dans certains pays, l'élevage de poissons est courant.

Parmi les multiples utilisations des barrages pour l’irrigation installée, ils peuvent soutenir un établissement de cultures relativement constant avec l’accès à l’eau.

Inconvénients des centrales hydroélectriques

Entretien

Un problème lié aux centrales hydroélectriques est l’accumulation de sédiments dans le réservoir supérieur. Ce problème apparaît inévitablement avec le temps.

Pour éviter cela, les sédiments accumulés doivent être dragués périodiquement.

Inconvénients environnementaux

La présence d'un barrage implique certaines complications au niveau environnemental :

  1. Les barrages bloquent le transport des matières solides fluviales (sable et gravier).

  2. L'eau qui sort de l'usine est exempte de sédiments, ce qui perturbe l'équilibre entre l'apport solide et l'activité érosive des eaux en aval. En raison d'un apport solide réduit ou inexistant, le phénomène d'érosion côtière existe.

  3. Modification du paysage.

  4. Destruction des habitats naturels.

Beaucoup de ces problèmes environnementaux ne se produisent pas dans les systèmes « MINI-HYDRO », qui dans la plupart des cas ne nécessitent pas la construction de barrages.

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Date de Publication: 25 mars 2018
Dernière Révision: 1 novembre 2023