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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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