Exploiter

Produire de  l’hydroélectricité. Exploiter une centrale hydroélectrique.

Pour produire de l’hydroélectricité il faut disposer d’un droit d’eau. L’hydrologie du cours d’eau détermine la puissance brute de la centrale hydroélectrique.  La puissance des turbines est  adaptée au débit turbinable et à la hauteur de chute.

Aspects juridiques : Droit d’eau et contrats

Pour turbiner, il faut disposer d’un droit d’eau. S’il existe des droits fondés en titre (ancien droit d’eau antérieur à la révolution), les autorisations sont accordées par l’état pour des durées de l’ordre de 30 à 50 ans. Pour valoriser l’énergie électrique, il faut se raccorder au réseau (dans le cadre d’une convention conclue avec ERDF) et disposer d’un acheteur  (EDF AOA dans le cas d’une obligation d’achat). Le comptage de la production injecté dans le réseau est assuré par ERDF.

Hydrologie. Evaluer la ressource en eau.

Le débit moyen du cours d’eau  est défini par son module. L’exploitant d’une centrale doit laisser dans le lit de la rivière un débit réservé de l’ordre d’au moins 10% du module. Le débit turbinable dépend de la ressource en eau.  Ce  débit  varie mensuellement et annuellement en fonction de la pluviométrie ou de la fonte des neiges.  L’équipement d’une centrale est calculé sur la base de ces données moyennes.  Une centrale suréquipée peut  valoriser les pointes de débits et ne fonctionne à plein régime que ponctuellement.  Une centrale sous équipée aura une production plus régulière mais elle ne valorise pas les pics de débit.

A chaque site correspond une centrale différente.

La puissance brute d’une centrale hydroélectrique varie en fonction du débit (m3/s) et de la hauteur de chute. Schématiquement, une centrale de basse chute turbine de gros volumes d’eau et une centrale de haute chute gagne sa puissance sur la hauteur de chute et turbine des quantités plus faibles.

Les petites centrales hydroélectriques peuvent se classer en 3 catégories :

  • Centrale de basse chute  de 2 à 20 m. Elles sont généralement équipées de turbine à hélice (Type Turbine Kaplan) Elles se caractérisent par des ouvrages de génie civile, des dégrilleurs adaptés à de gros volumes d’eau.
  • Centrale de moyenne chute de 10 à 100 m. Les turbines Francis sont bien adaptées à ces installations.
  • Centrale de haute chute plus de 50 m.  Les turbines Pelton sont généralement installées sur les hautes chutes. La conduite forcée supporte des  pressions très élevées.

Ouvrages de génie civil : Capter et transporter l’eau vers la centrale.

Dans le cas de la petite hydraulique on rencontre surtout des barrages installés au fil de l’eau. Le barrage dirige le débit vers une prise d’eau. Le barrage est équipé de passe à poissons pour la montaison et d’exutoire pour la dévalaison des poissons migrateurs. Un système d’échancrure ou de vanne réglable contrôle le débit réservé. (Volume d’eau restant dans le cours d’eau).

Un canal de longueur et de capacité variable conduit l’eau vers la conduite qui alimente les turbines.
Le dégrilleur permet d’éliminer les débris flottants qui pourraient obstruer la turbine et limiter sa puissance.

La turbine pièce maitresse d’une centrale.

La turbine transforme en mouvement de rotation l’énergie hydraulique.  Pour mémoire la puissance brute =débit  en m3/s x hauteur  de chute en m x 9.81. Une centrale est rarement équipée d’une seule turbine. Le rendement d’une  turbine  varie avec le débit turbiné disponible. Pour s’adapter à la ressource variable, on installe 2 turbines. Une turbine prévue pour un tiers de la puissance brute et une autre pour  2/3 de cette puissance. En répartissant le débit disponible sur les machines les mieux adaptées à chaque situation on optimise le rendement de la centrale.

Suivant la vitesse de rotation de la turbine l’accouplement avec la génératrice se fait en direct, avec un multiplicateur à pignons ou à courroie. La génératrice ou l’alternateur produisent de l’électricité.

Une installation électrique de haut niveau.

L’équipement électrique est une partie fondamentale d’une  petite centrale hydroélectrique. Elle se compose de plusieurs armoires affectées à des fonctions précises :

  • Armoire de puissance. Elle traite l’énergie produite par la génératrice.
  • Cellule et transformateur HTA transforme la basse tension si l’injection se fait en haute tension (20 000 V). Les installations de moins de 250 kW peuvent livrer en basse tension.
  • Armoire de commande. Le cœur est un automate qui assure les réglages programmées, l'ajustement des directrices des turbines, le lecture de sonde de niveau, l'arrêt d’urgence pour la sécurité de l’installation.
  • Armoire de condensateur. Elle assure la régulation du courant réactif.
  • Protection GTE en cas de surtension sur le réseau, elle provoque l’arrêt de la centrale.