Installation hydroélectrique


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Une installation hydroélectrique est un type particulier de centrale qui utilise l'énergie de l'eau tombante ou coulante pour produire de l'électricité. Pour ce faire, elles dirigent l'eau vers une série de turbines qui convertissent l'énergie potentielle et l'énergie cinétique de l'eau en mouvement de rotation de la turbine. La turbine est ensuite attachée à un générateur, et son mouvement est utilisé pour produire de l'électricité. L'hydroélectricité fournit au monde environ 16 % de la production totale d'énergie électrique.[1] Parmi les plus grands producteurs on compte la Chine, le Canada et le Brésil.[2] Voir la production mondiale d'électricité pour en savoir plus sur la quantité d'électricité produite par les centrales hydroélectriques dans différents pays.

Le schéma d'une installation hydroélectrique conventionnelle est présenté ci-dessous.

Figure 1. Un diagramme montrant les composants principaux d'une installation hydroélectrique conventionnelle.[3]

Types d'installations

Classification Capacité
Grande > 100 MW
Moyenne 15 - 100 MW
Petite 1 - 15 MW
Mini 100 kW - 1 MW
Micro 5 - 100 kW
Pico ~ 200 W - 5 kW

Il existe des installations hydroélectriques conventionnelles et non conventionnelles. Les installations hydroélectriques conventionnelles - le type le plus courant - reposent sur une différence de charge hydraulique des barrages créés par l'être humain et les obstructions. Deux types de systèmes considérés comme conventionnels sont des barrages hydroélectriques et des barrages de marée. Les techniques de génération non conventionnelles reposent généralement sur une décharge hydroélectrique ou un petit différentiel de charge. Quelques exemples d'installations hydroélectriques non conventionnelles sont des centrales de basse chute, des systèmes au fil de l'eau, des centrales installées dans le cours d'eau et des centrales marémotrices cinétiques.

Chaque type de production hydroélectrique possède une classification de sortie qui y est associée en fonction de sa capacité. Les types sont présentés dans le tableau à gauche.[4]

Composants et fonctionnement

De nombreux facteurs différents sont pris en compte lors de la conception d'une installation hydroélectrique, mais la plupart d'entre eux ont les mêmes composants fondamentaux et fonctionnent de la même manière générale. Ces composants et leur fonction sont décrits ci-dessous.

Réservoir

article principal

Un réservoir hydroélectrique est une collection d'eau retenue par un barrage hydroélectrique. Cette eau possède une quantité déterminée d'énergie potentielle car elle est maintenue au-dessus du canal de fuite du barrage, et l'énergie potentielle est utilisée pour produire de l'électricité. La hauteur de l'eau dans le réservoir est connue sous le nom de « charge hydraulique » et représente l'un des facteurs principaux aidant à déterminer la quantité d'électricité qui peut être produite. Plus l'eau est haute, plus elle possède d'énergie potentielle, et donc plus d'électricité peut être produite.[5]

Barrage

article principal

Un barrage hydroélectrique est une grande structure artificielle construite pour contenir une certaine masse d'eau.[5] Le but d'un barrage hydroélectrique consiste à fournir un endroit pour convertir l'énergie potentielle et cinétique de l'eau en énergie électrique, en utilisant une turbine et un générateur. Les barrages sont des lieux où l'eau est retenue et rejetée de manière contrôlée sur les turbines, fournissant un espace où les transformations énergétiques se produisent.[6] Les barrages typiques créent un réservoir où l'eau est stockée à une hauteur donnée. Cette hauteur et la vitesse à laquelle l'eau tombe du réservoir sur les turbines déterminent la quantité d'électricité qui peut être produite.

Conduite forcée

article principal

Les conduites forcées sont des tuyaux ou de longs canaux qui transportent l'eau du réservoir hydroélectrique vers les turbines à l'intérieur d'une centrale électrique.[7] Généralement, ce sont des tuyaux en acier à travers lesquels l'eau est forcée sous haute pression. Elles jouent un rôle vital dans une installation hydroélectrique, permettant à l'eau de se déplacer vers la turbine. Des grilles ou des filtres peuvent être fixés aux extrémités des conduites forcées pour retenir de gros débris tels que les branches. Cela garantit que les débris ne peuvent pas pénétrer dans le canal et le bloquer.[8] La quantité d'eau qui est autorisée à circuler dans une conduite forcée peut être contrôlée avec une écluse, qui n'est qu'une porte qui peut être élevée et abaissée pour augmenter ou diminuer la quantité d'eau circulant dans les conduites forcées.

Turbines

article principal

Les turbines hydrauliques sont des appareils utilisés dans les centrales hydroélectriques qui transfèrent l'énergie de l'eau en mouvement vers un arbre rotatif pour produire de l'électricité. La chute d'eau sur les pales fait tourner les turbines. Le type de turbine sélectionné pour un projet hydroélectrique donné dépend de la hauteur du stockage d'eau - connu sous le nom de « charge hydraulique » - et du volume d'eau qui circule, appelé « débit ». L'efficacité et le coût sont également des facteurs à prendre en considération.[9]

Efficacité

L'énergie de l'eau en mouvement constitue de l'énergie mécanique pure, l'une des formes d'énergie de la plus haute qualité. Donc, en théorie, puisqu'il s'agit de l'énergie de si haute qualité, elle peut être convertie en énergie électrique avec une efficacité de près de 100%, car il n'y a pas d'énergie thermique impliquée (et donc la deuxième loi de la thermodynamique ne doit pas être prise en compte). Cependant, il y a encore des pertes mineures d'énergie associées au frottement et aux inefficacités lors du transport d'électricité (en raison des facteurs tels que la résistance dans les fils). Dans l'ensemble, cela signifie que l'hydroélectricité peut être convertie en électricité avec des rendements supérieurs à 90%.[1]

En savoir plus

Pour plus d'informations, veuillez consulter les pages connexes ci-dessous:

Références

  1. 1,0 et 1,1 R. Wolfson. Energy, Environment and Climate, 2nd ed. New York, U.S.A.: Norton, 2012
  2. Abhishek Shah. (September 3, 2015). List of World’s Largest Hydroelectricity Plants and Countries – China Leading in building Hydroelectric Stations [Online]. Available: http://www.greenworldinvestor.com/2011/03/29/list-of-worlds-largest-hydroelectricity-plants-and-countries-china-leading-in-building-hydroelectric-stations/
  3. Wikimedia Commons. (September 3, 2015). Hydroelectric Plant [Online]. Available: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/57/Hydroelectric_dam.svg/2000px-Hydroelectric_dam.svg.png
  4. IPCC. (September 3, 2015). Chapter 5 - Hydropower [Online]. Available: www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srren/drafts/SRREN-FOD-Ch05.pdf
  5. 5,0 et 5,1 Missouri Botanical Garden. (September 3, 2015). Hydroelectric Power [Online]. Available: http://www.mbgnet.net/fresh/rivers/dams.htm
  6. BrightHub Engineering. (September 3, 2015). How a Hydroelectric Dam Works [Online]. Available: http://www.brighthubengineering.com/building-construction-design/42794-how-does-a-hydroelectric-dam-work/
  7. G. Boyle. Renewable Energy: Power for a Sustainable Future, 2nd ed. Oxford, UK: Oxford University Press, 2004.
  8. WiseGeek. (September 3, 2015). What is a Penstock? [Online]. Available: http://www.wisegeek.com/what-is-a-penstock.htm
  9. BrightHub Engineering. (September 3, 2015). What are Hydraulic Turbines? [Online]. Available: http://www.brighthubengineering.com/fluid-mechanics-hydraulics/26551-hydraulic-turbines-definition-and-basics/

Auteurs et rédacteurs

Paul Frey, Jordan Hanania, Jaafer Khani, Anna Pletnyova, Kailyn Stenhouse, Jason Donev
Dernière mise à jour : 18 août, 2021
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