Hydroélectricité au fil de l’eau
Hydroélectricité qui dérive ou utilise le débit naturel d’un cours d’eau avec peu ou pas de retenue, si bien que la production suit le débit plutôt que la demande.
Les centrales au fil de l’eau utilisent un seuil ou un petit barrage pour dériver l’eau vers une prise, parfois par un canal ou une conduite forcée pour gagner de la chute, puis la restituent à la rivière en aval. Le stockage, quand il existe, se limite à quelques heures d’éclusée : la production suit donc l’hydrologie saisonnière, forte à la fonte des neiges ou à la saison des pluies, faible en période sèche.
La puissance suit l’équation générale de l’hydroélectricité :
avec η le rendement global (0,80–0,90 pour les gros groupes), ρ = 1 000 kg/m³, g = 9,81 m/s², Q le débit (m³/s) et H la chute nette (m). Une centrale turbinant 50 m³/s sous 20 m de chute avec un rendement de 88 % fournit environ 8,6 MW.
Caractéristiques principales :
- Facteur de charge : 40–65 % pour les centrales bien placées, selon le débit d’équipement choisi par rapport à la courbe des débits classés
- Turbines : groupes Kaplan et bulbes pour les grands fleuves à basse chute, Francis ou Pelton pour les dérivations de montagne à haute chute
- Exemples : les chaînes du Rhin et du Danube, Jirau et Santo Antônio sur le Madeira (environ 3,5–3,75 GW chacune), les aménagements de dérivation alpins et himalayens
Le fil de l’eau évite la plupart des impacts des grands réservoirs, comme l’ennoiement de vastes surfaces et les émissions de méthane, mais les dérivations peuvent assécher des tronçons de rivière et imposent des débits réservés et des passes à poissons. Comme sa production n’est pas pilotable, il se comporte davantage comme une renouvelable variable que comme l’hydraulique de barrage. La micro et la petite hydraulique de moins de 10 MW fonctionnent presque toujours au fil de l’eau.
Termes associés
Tous les termes →- Hauteur de chute
Différence d’altitude entre la surface de l’eau à la prise d’une centrale hydraulique et la sortie de la turbine ou le niveau aval ; avec le débit, elle détermine la puissance disponible.
- Turbine Kaplan
Turbine hydraulique à réaction de type hélice, à pales de roue et directrices orientables, adaptée aux basses chutes d’environ 2 à 40 m et aux forts débits.
- Turbine Francis
Turbine hydraulique à réaction à aubes fixes, où l’eau entre radialement et ressort axialement ; le modèle le plus répandu, employé pour les moyennes chutes d’environ 30 à 700 m.
- Turbine Pelton
Turbine hydraulique à action dans laquelle des jets d’eau à grande vitesse frappent les augets doubles d’une roue ; c’est le choix standard pour les hautes chutes, au-delà d’environ 250 m.
- Facteur de charge
Rapport entre l’énergie réellement produite par une centrale sur une période et celle qu’elle aurait produite en fonctionnant à pleine puissance nominale pendant toute cette période.
- Station de transfert d’énergie par pompage (STEP)
Stockage d’énergie qui pompe de l’eau vers un bassin supérieur quand l’électricité est bon marché ou abondante et la turbine quand on a besoin de puissance ; c’est la première forme de stockage réseau dans le monde.