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Bassin hydraulique.
Puissance hydraulique.

Dam.
Puissance hydraulique.

Qu'est-ce qu'une centrale hydroélectrique et comment fonctionne-t-elle ?

Une centrale hydroélectrique est un ensemble de travaux d'ingénierie hydraulique ainsi qu'une série de machines appropriées. L'objectif d'une centrale hydroélectrique est d'obtenir de l'électricité à partir de l'énergie potentielle des plans d'eau en mouvement.

Qu'est-ce qu'une centrale hydroélectrique et comment fonctionne-t-elle ?

Ce type de centrale électrique profite de l'énergie potentielle de l'eau pour générer de l'énergie électrique.

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

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

Comment fonctionne une centrale hydroélectrique?

Une centrale hydroélectrique moderne comprend: un réservoir, un barrage, des écluses, des turbines et des générateurs.

Le réservoir stocke le «carburant» et permet aux opérateurs de contrôler la quantité d'eau qui est envoyée aux turbines. Il sert également de réservoir de sédimentation: la plupart de la saleté et des débris dans l'eau se déposent au fond et loin de la zone d'aspiration.

Arrivée d'eau

L'eau qui provient du bassin est transportée vers les turbines par une entrée (barrage-vanne) et un conduit forcé. Un système de filtre d'admission nettoie davantage l'eau pour s'assurer qu'elle est relativement exempte de solides en suspension, ce qui pourrait endommager les aubes de turbine.

Les systèmes hydrauliques fonctionnent ensemble pour ouvrir et fermer les robinets-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.

Entraînement de turbine hydraulique

La roue hydraulique du passé est devenue la 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 d'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 conçues sur mesure pour chaque centrale hydroélectrique.

Quels sont les types de centrales hydroélectriques?

Les centrales hydroélectriques peuvent être divisées en trois grands groupes en fonction de la hauteur de la goutte. Chaque type utilise une conception de turbine hydraulique spécifique pour maximiser les performances.

  • Installations basse pression. La chute d'eau dans ces centrales hydroélectriques est inférieure à 25 m. Ces installations utilisent des turbines Kaplan.

  • Installations moyenne tension. La chute d'eau dans ces centrales hydroélectriques se situe entre 25 et 100 m. Les turbines Francis sont utilisées ici dans ces installations hydrauliques. C'est le type d'énergie hydroélectrique le plus courant.

  • Installations à haute tension. La chute d'eau dans ces centrales hydroélectriques est supérieure à 100 m. Dans les centrales hydroélectriques avec une chute d'eau entre 100 et 400 m. Des turbines Francis sont utilisées, tandis que pour les chutes d'eau supérieures à 400 m, des turbines Pelton sont utilisées.

Que sont les stations de pompage?

Les centrales de pompage sont des centrales électriques qui remplissent leur propre bassin de stockage d'eau lorsque l'électricité est produite en excès de consommation.

La centrale achète ensuite de l'électricité à un prix inférieur à son prix moyen, date à laquelle elle modifie sa configuration et pompe l'eau dans ses réservoirs de stockage. Lorsque la consommation dépasse l'approvisionnement en électricité, la centrale vend l'électricité qu'elle produit à partir de ses réservoirs de stockage aux consommateurs à un prix plus cher que son prix moyen.

Les stations de pompage utilisent deux réservoirs situés à des hauteurs différentes. En cas de demande, la centrale génère 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 du réservoir inférieur est pompée vers le réservoir supérieur à pied.

Caractéristiques d'une centrale hydroélectrique

Les principales caractéristiques qui déterminent la capacité de production d'une centrale hydroélectrique sont:

  • La puissance dépend de la différence de niveau entre le niveau moyen du réservoir et le niveau des eaux au pied du barrage.

  • Débit d'eau maximal que l'usine est capable de traverser les turbines.

  • Les caractéristiques des turbines et des générateurs électriques.

  • L'énergie que l'usine est capable de garantir dans un certain temps (généralement un an).

Quatre turbines sont utilisées pour transformer l'énergie mécanique en électricité:

  1. Turbina Pelton

  2. Turbina Tiger

  3. Turbine Turgo

  4. Turbine Francis

Avantages des centrales hydroélectriques

Les avantages de la production d'électricité par le biais de centrales hydroélectriques par rapport à d'autres alternatives sont:

Coût économique faible

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

Le carburant n'est pas nécessaire et n'a pas besoin d'être importé.

Le coût global de la main-d'œuvre est faible, car les usines sont automatisées et manquent de personnel pendant le fonctionnement.

Une centrale hydroélectrique peut être établie à des coûts de construction relativement bas, fournissant une source utile de revenus 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.

En tant qu' énergie renouvelable, elle ne consomme pas de combustibles fossiles. Par conséquent, il n'émet pas de gaz à effet de serre avec du dioxyde de carbone, entre autres.

Certaines émissions de CO2 se produisent dans la phase de fabrication et de construction. Cependant, il s'agit d'une petite fraction de fonctionnement équivalente aux émissions de combustibles fossiles lors de la production d'électricité.

Les grands barrages hydroélectriques peuvent contrôler les inondations, qui affectent autrement les personnes vivant à proximité de ces projets.

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

Les réservoirs situés au centre, offrent parfois des installations pour les sports nautiques, devenant des attractions touristiques en soi.

Dans certains pays, la pisciculture sur base est courante.

Parmi les multiples utilisations des barrages pour l'irrigation installée, elle peut soutenir la mise en place d'une culture relativement constante avec la portée de 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 au fil du 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 solides des rivières (sable et gravier).

  2. L'eau sortant de la plante est exempte de sédiments, ce qui modifie l'équilibre entre l'approvisionnement en solides et l'activité érosive dans les eaux en aval. En raison de la contribution réduite ou inexistante, il y a le phénomène d'érosion côtière.

  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.

Auteur :

Date de publication : 25 mars 2018
Dernier examen : 1 juillet 2020