Dans le cadre d'une étude de faisabilité d'un projet de centrale hydraulique, et quelle que soit sa taille, il est nécessaire d'évaluer le gisement (i.e. la quantité d'énergie disponible dans l'eau ou productible brut) et le productible net (i.e. la quantité d'électricité produite par la centrale). Trois types de variables influent sur ces calculs d'hydrologue et d'hydraulicien : la configuration du site, la technologie retenue et le mode d'exploitation.
De façon simplifiée, le calcul s'organise en deux temps.
Evaluation du gisement
Le gisement ou productible brut d'une centrale hydraulique désigne la puissance gravitationnelle instantanée disponible dans l'eau du courant amont :
Outre la masse volumique de l'eau (ρ) et la constante de gravitation (g), la puissance hydraulique dépend de deux variables susceptibles de varier dans le temps :
- La hauteur de chute brute, Hb ;
- Le débit naturel instantané, Qn.
Pour évaluer ces deux variables, il est nécessaire de collecter et de traiter les données de débits mesurées aux stations hydrométriques, de les extrapoler au niveau du site, et enfin de construire et d'étudier les statistiques temporelles (débit moyen interannuel, etc.) et distributives (courbe des débits classés, etc.) des débits au niveau du site. La hauteur de chute se déduit généralement du débit à partir d'une courbe ou diagramme de tarage (H, Q).
Estimation du productible
Le productible ou productible net d'une centrale hydraulique désigne la puissance électrique instantanée de la centrale. Par rapport au gisement (ou puissance disponible), le productible est donc minoré du débit non exploitable, des pertes de charge hydraulique des ouvrages d'amenée, et du rendement global des équipements :
Dans cette formule :
- η < 1 représente le rendement global, c'est-à-dire l'effet des pertes diverses des différents équipements (génératrice, turbine, transformateur, multiplicateur, etc.), lesquelles dépendent en principe du débit turbiné ;
- ΔH > 0 représente les pertes hydrauliques singulières et régulières de la prise d'eau jusqu'à la turbine (canal d'amenée, conduite forcée, vanne, etc.) ;
- ΔQ > 0 représente les différentes restrictions généralement règlementaires qui conduisent à ne pas pouvoir turbiner l'ensemble du débit disponible (effacement, débit réservé, contraintes de cotes minimales/maximales en amont du barrage, etc.) et qui peuvent varier dans le temps (saisons, crues, étiages).
La détermination de ces trois variables repose sur des calculs liés au génie civil, aux technologies dispobibles (hélice, Kaplan, Francis, VLH, etc.), à une analyse des conditions (débit réservé) et des modes d'exploitation.
Nos services
Dans le cadre de votre projet de centrale hydraulique, Zelya Energy vous assiste pour :
- fournir une contre-expertise d'une étude de gisement et de productible ;
- identifier les stations hydrométriques pertinentes ;
- collecter et traiter les données de débit aux stations hydrométriques et les extrapoler au niveau du site ;
- construire et analyser les statistiques sur les débits ;
- élaborer ou analyser le diagramme de tarage ;
- conseiller sur le choix technologique et valider les caractéristiques de rendement des turbines ;
- étudier les conditions et les modes d'exploitation ;
- calculer le productible brut et le productible net de votre projet.