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Energie hydraulique
Etude
de la technologie
L'énergie hydraulique résulte du mouvement de
masses d'eau coulant le long des pentes naturelles. Pour pouvoir transformer
cette énergie en travail utile, il est nécessaire de la concentrer, soit
en tirant parti de chutes naturelles, soit par l'aménagement d'un barrage
de manière à obtenir une hauteur de chute et un débit suffisant pour installer
une centrale.
Une installation
hydroélectrique type
Eléments :
· Ouvrage de prise d'eau
· Canal d'amenée
· Vannes batardeaux
· Grille et dégrilleur
· Conduite forcée ou chambre de
mise en marche
· La turbine
· Le régulateur de vitesse
· L'alternateur
· Réseau de transport de l'électricité
produite
· Canal de restitution
Ouvrage de prise d'eau
La prise d'eau est constituée par une dérivation
dont l'entrée est limitée par un seuil et qui dirige le débit ainsi dérivé
vers le canal d'amenée. Le contrôle du débit s'effectue le plus souvent,
soit par un barrage mobile dans la rivière, soit par une vanne dans le
canal d'amenée.
Canal d'amenée
Il relie la prise d'eau à l'entrée de la centrale.
Il est habituellement en écoulement libre à ciel ouvert.
Vannes batardeaux
Vannes d'isolation généralement rectangulaires,
dont le fonctionnement est similaire à celui d'une guillotine, et qui
permettent d'isoler la microcentrale de la rivière en cas de nécessité
(entretien de l'installation, protection contre les crues,...)
Grille et dégrilleur
La grille protège la turbine contre les corps charriés
par la rivière, tandis que le dégrilleur, sorte de peigne ou de râteau,
débarrasse la grille des éléments flottants accumulés.
Conduite forcée ou chambre de mise en charge
La conduite forcée est un tuyau qui relie l'extrémité
du canal d'amenée (au sommet de la pente) à la turbine (au pied de la
pente). Elle supporte à son extrémité inférieure une pression de service
voisine de la hauteur de chute. Dans certains cas, par exemple les anciennes
turbines Francis à axe vertical, la conduite forcée est remplacée par
une chambre de mise en charge.
La turbine
La turbine transforme l'énergie de l'eau en énergie
mécanique. La turbine a remplacé la roue à aubes qui était utilisée jusqu'au
19ème siècle dans les moulins à eau. Le rendement d'une turbine (de l'ordre
de 70%) est nettement supérieur à celui de la roue hydraulique (20%).
Une turbine comprend des organes fixes, des organes de réglage et une
partie mobile (roue). Les organes fixes et de réglage ont pour rôle essentiel
de diriger l'eau sur la roue dans les meilleures conditions possibles;
la partie mobile est destinée à produire un couple moteur sur l'arbre
en transformant en puissance mécanique la plus grande fraction possible
de la puissance disponible.
La régulation de vitesse
La régulation synchronise la vitesse de rotation
de la turbine avec l'alternateur. Elle permet aussi le démarrage et l'arrêt
de la turbine en actionnant le distributeur (voir plus loin ).
L'alternateur
L'alternateur permet de transformer l'énergie mécanique
en électricité. Il comporte un induit fixe (stator) et un inducteur tournant
(rotor). Les alternateurs peuvent être classifiés suivant l'excitation
du rotor. En ce qui concerne l'alternateur synchrone, l'excitation est
produite par une petite génératrice annexe qui produit un courant créant
un champ magnétique dans le rotor. Dans le cas de l'alternateur asynchrone,
la fréquence et le voltage du courant sont imposés par le réseau. Il n'y
a pas d'excitation du rotor. Cet alternateur est plus simple et plus robuste
mais n'est utilisable que lorsque la puissance de la microcentrale est
largement inférieure à la puissance du réseau, c'est-à-dire de la charge,
qu'il alimente.
Réseau de transport et de distribution de l'électricité
produite
L'énergie produite peut être auto-consommée par
le producteur (éclairage, matériel électrique, chauffage) ou être revendue
au réseau.
Canal de restitution
Ce canal relie la sortie des turbines au lit du
cours d'eau aménagé.
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