L'hydroélectricité

On désigne sous le terme de microcentrales hydroélectriques une installation de production d’énergie hydroélectrique de faible puissance (inférieur à 2000 KW).

Il s’agit dans la plupart des cas, de centrales au fil de l’eau, sans réservoir régulateur, nécessitant une bonne connaissance du régime du cours d’eau pour le dimensionnement de l’outil de production.

Une installation de microcentrale comporte plusieurs éléments qu’il est nécessaire de connaître :

Prises d’eau

Il s’agit d’un ouvrage de dérivation, de forme et de dimensions adaptées aux conditions techniques locales. La prise peut être submersible et les digues peuvent être construites en enrochements, gabions, terre, en maçonnerie avec des moyens locaux aussi bien qu’en béton.

Canal d’amenée et/ou conduite forcée

Le canal d’amenée peut être en terre ou bétonné. La vitesse d’eau ne doit pas dépasser 0,80 m/s dans le premier cas, mais peut atteindre 1,5 m/s dans le second. Les conduites forcées sont généralement en acier ou en polyéthylène et peuvent admettre des vitesses supérieures.

Vannes

Il est nécessaire de disposer de vannes adaptées à différentes utilisations : protection contre les crues, dégravement de la prise d’eau, isolation du canal, isolation de la turbine.

Génératrice/Alternateur

La turbine est reliée à un alternateur ou à une génératrice directement ou par l’intermédiaire d’un multiplicateur. Les machines asynchrones sont utilisées dans le cas d’un réseau connecté à un circuit de distribution et les alternateurs synchrones pour les réseaux isolés.

Turbines

Le choix des équipements est lié aux objectifs poursuivis : constituer une source autonome d’énergie électrique, vendre le courant produit. Le type de turbine dépend de la conjugaison entre la hauteur de chute et le débit dérivé. Plusieurs types de machines peuvent être envisagés suivant la configuration des sites : Francis, Kaplan, Pelton, VLH, vis d’Archimède, etc.

Grille - dégrilleur - dessableur

Il convient de protéger la turbine contre les corps charriés par la rivière et les poissons contre les dépressions créées par les turbines. Pour cela une grille de protection est nécessaire pour toutes les turbines non ichtyocompatibles. Les dimensions et l’entrefer de cette grille sont désormais soumis à réglementation et dépendent du cours d’eau dans lequel se trouve l’installation et des espèces qui y transitent.


Réseau de transport et de distribution

L’énergie est produite sous une basse tension triphasée de 220-380 volts et peut-être utilisée sur place pour une consommation autonome.

Si le lieu d’utilisation est éloigné (distance supérieure à 1km), il conviendra le plus souvent de passer de la basse tension <500 volts à la moyenne tension (20 000 volts), ce qui nécessitera l’installation d’un transformateur élévateur et d'un ou plusieurs transformateurs abaisseurs à l’extrémité de la ligne.

La remise en fonctionnement ou l’optimisation d’un site hydroélectrique nécessite une étude relativement poussée. Chambre d’eau, bâti du moulin, canal d’amenée, hydrologie du cours d’eau, variation des niveaux d’eau.... sont autant de points à étudier qui ont une incidence sur la capacité de production et la complexité d’aménagement d’un site. Néanmoins quelques éléments vous permettront de vous situer parmi les nombreuses catégories de moulins et de choisir un matériel adéquat. Pour réaliser ces calculs il faut connaître le débit du cours d’eau moyenné sur plusieurs années appelé module et la hauteur de chute brute de votre ouvrage.

Attention, le débit dérivable maximum est variable en fonction du cours d’eau, de l’autorisation, du fondé en titre... Ces éléments permettent de faire le choix sur l’adéquation d’un matériel sur un site, pour une installation complète, nous recommandons de faire appel à des bureaux d’études spécialisés.

La puissance hydraulique naturellement
disponible sur un site donné est définie par :

P = (g . ρ . Q . H)/1000

  • P : puissance hydraulique (KW)
  • g : accélération de la pesanteur (m/s2) égale à 9,81 m/s2
  • ρ : masse volumique du fluide (kg/m3) pour l’eau ρ = 1000 kg/m3
  • Q : débit dérivé (m3/s)
  • H : hauteur de chute (m)

La production d’énergie électrique
correspondante est alors :

W = P . t . η . f

  • W : énergie électrique produite (KWh)
  • P : puissance hydraulique (KW)
  • t : durée de fonctionnement (h), soit 24 x 365 = 8 760 h pour une année
  • η : rendement de l’ensemble turbine-générateur variant de 0,5 à 0,9
  • f : coefficient lié aux variations saisonnières de débit, au débit d’équipement de l’installation, à la remontée des eaux, aux indisponibilités techniques pour des installations au fil de l’eau.

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