Cours danalyse de projets dénergies propres Photo : SNC-Lavalin Analyse de projets de petite centrale hydroélectrique Projet de petite centrale hydroélectrique

Cours d’analyse de projets d’énergies propresCours d’analyse de projets d’énergies propres

Photo : SNC-Lavalin

Analyse de projets de petite Analyse de projets de petite centrale hydroélectriquecentrale hydroélectrique

Projet de petite centrale hydroélectrique au fil de l’eau, Canada

© Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

ObjectifsObjectifs

• Réviser les principes de base des Réviser les principes de base des petites centrales hydroélectriquespetites centrales hydroélectriques

• Décrire les enjeux importants Décrire les enjeux importants d’une analyse de projet de d’une analyse de projet de petite centrale hydroélectriquepetite centrale hydroélectrique

• Présenter le modèle RETScreenPrésenter le modèle RETScreen®® pour les pour les projets de petite centrale projets de petite centrale hydroélectriquehydroélectrique


• Électricité pourÉlectricité pour

Les réseaux centraux

Les réseaux isolés

Les systèmes hors réseau

…mais aussi…

Fiabilité

Coûts d’exploitation très bas

Diminution de l’exposition aux variations du prix de l’énergie

Qu’est-ce que les petites Qu’est-ce que les petites centrales hydroélectriques centrales hydroélectriques fournissent?fournissent?

Photo : Robin Hughes/ PNS


Description d’une petite Description d’une petite centrale hydroélectriquecentrale hydroélectrique


Chute brute (m)

Débit (m3/s)

Puissance en kW ≈ 7 x Chute brute x Débit

• La définition du terme « petite » n’est pas La définition du terme « petite » n’est pas consacréeconsacrée

La grosseur d’une centrale n’est pas seulement définie par sa capacité électrique, mais aussi par l’importance de sa hauteur de chute

Projets de « petite » centrale Projets de « petite » centrale hydroélectriquehydroélectrique

PuissanceTypique

Débit défini par RETScreen®

Diamètre de l’aube défini par RETScreen®

Micro

< 100 kW < 0,4 m3/s < 0,3 m

Mini 100 to 1 000 kW 0,4 à 12,8 m3/s 0,3 à 0,8 m

Petite

1 to 50 MW > 12,8 m3/s > 0,8 m


Types de projets de petite Types de projets de petite centrale hydroélectriquecentrale hydroélectrique

• Types de réseau électriqueTypes de réseau électrique Réseau central

Réseau isolé ou hors réseau

• Types d’ouvrage de génie civilTypes d’ouvrage de génie civil Au fil de l’eau

Sans réservoir

La puissance varie selon le débit disponible dans la rivière : la capacité garantie est donc plus basse

Réservoir Une plus grande capacité peut être

garantie pendant toute l’année

De gros barrages sont souvent nécessaires

Photo : Frontier Technology/ Low Impact Hydropower Institute

Photo : PG&E National Energy Group/Low Impact Hydropower Institute

Projet hydroélectrique au fil de l’eau de 17,6 MW, Massachusetts, É-U

Projet hydroélectrique au fil de l’eau de 4,3 MW, Oregon, É-U


Composants : Composants : ouvrage de génie civilouvrage de génie civil

• Représente habituellement 60 % des coûts Représente habituellement 60 % des coûts d’investissementd’investissement

• Barrage de dérivation Barrage de dérivation Simple barrage de dérivation de faible hauteur

pour les installations au fil de l’eau Fait de béton, bois ou maçonnerie Les coûts du barrage peuvent à eux seuls

rendre le projet non viable

• Conduite d’eauConduite d’eau Entrée d’eau avec grille crapaudine et vanne, ainsi que

canal de fuite à la sortie Canal excavé, tunnel souterrain et/ou conduite forcée Soupapes et vannes à l’entrée et à la sortie de la turbine pour l’entretien

• CentraleCentrale Contient la ou les turbines et les équipements mécaniques et électriques

Photo : Ottawa Engineering


Composants : turbineComposants : turbine

• Versions réduites des turbines des grandes centralesVersions réduites des turbines des grandes centrales

• Rendement possible de 90 %Rendement possible de 90 %

• Dans les installations au fil de l’eau le débit Dans les installations au fil de l’eau le débit est très variable est très variable La turbine utilisée doit fournir un bon rendement

pour une vaste gamme de débits, sinon plusieurs turbines sont utilisées

• À réaction : Francis, hélice à pas fixe, KaplanÀ réaction : Francis, hélice à pas fixe, Kaplan Pour les hauteurs de chute faibles ou moyennes

Les turbines immergées utilisent la pression de l’eau etl’énergie cinétique

• À impulsion : Pelton, Turgo, à impulsion radialeÀ impulsion : Pelton, Turgo, à impulsion radiale Pour les hauteurs de chute élevées

Utilisent l’énergie cinétique d’un jet d’eau à haute vitesse

Turbine Francis

Photo : PO Sjöman Hydrotech Consulting


Photo : PO Sjöman Hydrotech Consulting

Turbine Pelton

Composants :Composants :équipements électriques et équipements électriques et autresautres• GénératriceGénératrice

Asynchrone Doit fonctionner de concert avec

d’autres génératrices

Utilisée pour fournir de l’électricité à un important réseau

Synchrone Peut fonctionner isolément

Pour des installations autonomes ou en réseau isolé

• Autres équipementsAutres équipements Multiplicateur de vitesse pour harmoniser la vitesse de la turbine

à celle de la génératrice

Soupapes, systèmes électronique de contrôle et de protection

Transformateur


Ressource hydroélectrique Ressource hydroélectrique mondialemondiale

• Une plus grande quantité de pluie tombe sur les continents que d’eau Une plus grande quantité de pluie tombe sur les continents que d’eau s’en évapores’en évapore

• Pour des questions d’équilibre, la pluie s’écoule Pour des questions d’équilibre, la pluie s’écoule vers les océans par les rivières vers les océans par les rivières

Potentiel technique (TWh/an)

% Développé

Afrique 1 150 3

Asie du Sud et Moyen-Orient

2 280 8

Chine 1 920 6

Ancienne Union Soviétique 3 830 6

Amérique du Nord 970 55

Amérique du Sud 3 190 11

Amérique Centrale 350 9

Europe 1 070 45

Australasie 200 19Source : Renewable Energy: Sources for Fuels and Electricity, 1993, Island Press.


Ressource hydroélectrique du Ressource hydroélectrique du sitesite

• Particularité du site : une rivière exploitable est Particularité du site : une rivière exploitable est nécessaire!nécessaire! Dénivellation sur une petite distance (hauteur de chute)

Variation acceptable du débit dans le temps : courbe de débits classés

Le débit résiduel réduit le débit disponible pour la production d’énergie

• Évaluation de la Évaluation de la courbe de débits courbe de débits classés d’aprèsclassés d’après Les mesures du débit à

travers le temps

La superficie du bassin hydrographique au dessus du site, l’écoulement spécifique et la forme de la courbe de débits classés


Coûts dCoûts d’une ’une petite centrale petite centrale hydroélectriquehydroélectrique

• 75 % des coûts dépendent du site75 % des coûts dépendent du site

• Coûts d’investissement élevésCoûts d’investissement élevés

Toutefois, les ouvrages de génie civil et les

équipements peuvent durer > 50 ans

• Coûts d’exploitation et d’entretien très basCoûts d’exploitation et d’entretien très bas

Habituellement, un opérateur à temps partiel est suffisant

Des entrepreneurs venant de l’extérieur sont requis pour

l’entretien périodique des gros composants

• Les projets avec une hauteur de chute élevée ont tendance à Les projets avec une hauteur de chute élevée ont tendance à

être moins coûteuxêtre moins coûteux

• Plage de coûts typiques : 1 200 $ à 6 000 $ par kW installéPlage de coûts typiques : 1 200 $ à 6 000 $ par kW installé



Enjeux d’un projet de petite Enjeux d’un projet de petite centrale hydroélectriquecentrale hydroélectrique

• Maintenir des coûts faibles en adoptant une conception simple et Maintenir des coûts faibles en adoptant une conception simple et

des structures pratiques et facile à construiredes structures pratiques et facile à construire

• Des structures déjà existantes, comme des Des structures déjà existantes, comme des

barrages, peuvent être utiliséesbarrages, peuvent être utilisées

• Temps de développement de 2 à 5 ansTemps de développement de 2 à 5 ans

Étude du potentiel et étude environnementale :

approbations

• Quatre phases au travail d’ingénierie :Quatre phases au travail d’ingénierie : Levés de reconnaissance et études hydrologiques

Étude de préfaisabilité

Étude de faisabilité

Étape de planification et d’ingénierie



Enjeux environnementaux Enjeux environnementaux d’une petite centrale d’une petite centrale hydroélectriquehydroélectrique

• Le développement d’une petite centrale hydroélectrique Le développement d’une petite centrale hydroélectrique

peut changer peut changer Habitat des poissons

Esthétique du site

Utilisation à des fins de navigation et de divertissement

• Les impacts environnementaux dépendent du site et Les impacts environnementaux dépendent du site et

du type de projet : du type de projet : Petite centrale au fil de l’eau où il existe déjà un barrage : impacts

mineurs

Petite centrale au fil de l’eau dans un site non aménagé : construction

d’un barrage de dérivation requis

Développement de réservoir de stockage d’eau : impacts importants qui

augmentent avec la grosseur du projet © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

Exemples : Slovaquie, Canada et États-UnisExemples : Slovaquie, Canada et États-Unis

Petite centrale hydro en réseau Petite centrale hydro en réseau centralcentral

• Lorsque le débit le permet les projets au Lorsque le débit le permet les projets au fil de l’eau alimenteront le réseau fil de l’eau alimenteront le réseau électriqueélectrique

• Les Services publics ou les producteurs Les Services publics ou les producteurs d’électricité indépendants (avec un CAÉ d’électricité indépendants (avec un CAÉ à long terme) seront propriétairesà long terme) seront propriétaires

Photo : Emil Bedi (Foundation for Alternative Energy)/ Inforse Photo : CHI Energy

Photo : CHI Energy

2,3 MW, 2 Turbines, Jasenie, Slovaquie Petite centrale hydroélectrique, Terre-Neuve, Canada

Petite centrale hydroélectrique,Sud-est américain, É-U


Exemples : États-Unis et ChineExemples : États-Unis et Chine

Petite centrale hydro en réseau Petite centrale hydro en réseau isoléisolé

• Communautés éloignéesCommunautés éloignées

• Résidences et industries Résidences et industries isoléesisolées

Photo : Duane Hippe/ NREL Pix

Photo : International Network on Small Hydro Power

Génératrices d’une petite centrale hydroélectrique, Chine

Petite centrale hydroélectrique de 800 kW à King Cove,village de 700 personnes

• Prix de vente de Prix de vente de l’électricité plus élevél’électricité plus élevé

• Normalement les projets Normalement les projets au fil de l’eau nécessitent au fil de l’eau nécessitent un système dun système d’appoint et’appoint et peuvent avoir un débit peuvent avoir un débit excédentaire à la excédentaire à la demandedemande © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

Modèle RETScreenModèle RETScreen®® pour les projets pour les projets de petite de petite centrale hydroélectriquecentrale hydroélectrique

• Pouvant être utilisé partout dans le monde pour l’analyse Pouvant être utilisé partout dans le monde pour l’analyse de la production énergétique, des coûts sur le cycle de de la production énergétique, des coûts sur le cycle de vie et des réductions d’émissions de gaz à effet de serre.vie et des réductions d’émissions de gaz à effet de serre. Réseau central, réseau isolé et hors réseau Micro-centrale à turbine unique à

petite-centrale à turbines multiples Méthode de calcul des coûts par formules

• Non couvert actuellement :Non couvert actuellement : Variations saisonnières dans la charge

des réseaux isolés Variations de la hauteur de chute dans

les projets avec réservoir(l’utilisateur doit fournir une valeur moyenne)


Calculs Calculs RETScreenRETScreen®® : : petite centrale petite centrale hydroélectriquehydroélectrique

Voir le e-Manuel

Analyse de projets d’énergies propres :Manuel d’ingénierie et d’études de cas

RETScreen®

Chapitre Analyse de projets de petite centrale hydroélectrique


• Méthode de calcul des coûts par formulesMéthode de calcul des coûts par formules Une comparaison démontre que les coûts sont à 11 % près de

ceux évalués par la méthode de calcul des coûts détaillée de RETScreen®, pour un projet de 6 MW à Terre-Neuve

Exemple : validation du modèle Exemple : validation du modèle RETScreenRETScreen®® pour les projets de petite pour les projets de petite centrale hydroélectriquecentrale hydroélectrique

• Rendement d’une turbineRendement d’une turbine Comparaison avec les

données mesurées par le manufacturier pour une turbine Francis de 7 MWde Alsthom

• Puissance installée et Puissance installée et fourniefournie Comparaison des données

avec HydrA, pour un site en Écosse

Les résultats des mesures et de la simulation sont à 6,5 % près


ConclusionsConclusions

• Les projets de petite centrale hydroélectrique (jusqu’à 50 Les projets de petite centrale hydroélectrique (jusqu’à 50 MW) peuvent fournir de l’électricité pour les réseaux MW) peuvent fournir de l’électricité pour les réseaux centraux ou isolés et les systèmes hors réseaucentraux ou isolés et les systèmes hors réseau

• Projets au fil de l’eau :Projets au fil de l’eau :

Coûts plus bas et moins d’impacts environnementaux

Nécessitent toutefois un système d’appoint en réseau isolé

• Coûts d’investissement élevés dont 75 % dépendent du siteCoûts d’investissement élevés dont 75 % dépendent du site

• RETScreenRETScreen®® évalue la puissance installée, garantie et fournie évalue la puissance installée, garantie et fournie ainsi que les coûts en se basant sur les caractéristiques du ainsi que les coûts en se basant sur les caractéristiques du site tel que la courbe de débits classés et la hauteur de site tel que la courbe de débits classés et la hauteur de chutechute

• RETScreenRETScreen®® permet des économies de coûts significatives permet des économies de coûts significatives pour la réalisation dpour la réalisation d’’études préliminaires de faisabilitéétudes préliminaires de faisabilité© Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

QuestionQuestions?s?


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