Centrales hydroélectriques à faible et à très faible hauteur de chute
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Désignation de la technologie et plage de capacité :
Centrale hydroélectrique à faible hauteur de chute - 5 kW à 250 kW
Centrale hydroélectrique à très faible hauteur de chute - 1 kW à 5 kW
Introduction sur le marché :
1900
Maturité :
Commercial
Type d'énergie :
Électricité
Exemple / application :
- Au point le plus bas de cette capacité (p. ex., pico hydro de 5 kW ou moins) : système autoproducteur d'énergie électrique, souvent en chargeant des batteries en guise de source d'alimentation auxiliaire, pouvant alimenter de petites propriétés familiales rurales, des clôtures électriques, des pompes, etc.
- À l'autre extrémité on trouve les grosses centrales également capables de fonctionner hors réseau ou, selon les programmes offerts par la société d'énergie électrique, de vendre de l'énergie au réseau local de distribution en guise de source de revenu additionnel à long terme.
Voir Autres ressources
Avantages :
Les centrales hydroélectriques éloignées peuvent remplacer des solutions de rechange qui, à la longue, pourraient s'avérer plus coûteuses, par exemple l'agrandissement du réseau ou des génératrices fonctionnant au diesel ou à l'essence. L'énergie hydroélectrique présente aussi des avantages supplémentaires, en ce sens qu'elle est peu bruyante et qu'elle ne pollue pas.
Le branchement au réseau permet (en supposant la coopération de la société d'énergie et la signature d'une entente) d'assurer une source de revenu durable aux exploitations agricoles. Parfois, de telles centrales peuvent aussi fournir, en supposant un aiguillage et des contrôles appropriés, une source d'énergie sûre en cas de défaillance du réseau.
Étendue de la capacité :
On peut bien sûr exploiter des centrales hydroélectriques de toutes les tailles, selon le volume d'eau qui s'écoule et la hauteur de « chute » avant que l'eau ne tombe dans la turbine. Les capacités appropriées à une exploitation agricole sont habituellement réparties en deux catégories :
Centrales hydroélectriques à faible hauteur de chute 5 kW à 250 kW et hauteur de chute entre 1 et 10 mètres
Centrales hydroélectriques à très faible hauteur de chute 1 kW à 5 kW et hauteur de chute entre 1 et 5 mètres
Plage des hauteurs de chute :
Entre 1 et 10 mètres
Production d'énergie selon la capacité de l'unité :
8000 à 4000 kWh / kW installés
Plage de coûts - KW installés et énergie :
2000 $ à 9000 $ / kW installé
0,03 $ à 0,10 $ / kWh
Le coût d'aménagement d'une centrale dépend de nombreux facteurs, notamment le genre d'équipement utilisé, la quantité d'équipement requis, le coût des travaux de génie civil, ainsi que l'étendue des travaux que vous exécutez vous-même et de ceux que vous impartissez. En outre, chaque emplacement de centrale hydroélectrique est unique, parce qu'environ 75 % des coûts de développement dépendent des conditions de l'emplacement et du site. Environ 25 % seulement des coûts sont relativement fixes, ce qui représente les coûts de l'équipement électrique et mécanique.
Compétences et formation nécessaires pour la conception et l'installation :
Centrales hydroélectriques à faible hauteur de chute : Dans la plupart des cas, il faudra recourir à des professionnels ayant reçu la formation pertinente pour aménager le site et superviser l'exécution des travaux de génie civil et l'installation de l'équipement électrique et mécanique. Par exemple, les travaux dans les rivières comportent des contraintes environnementales et la connexion à un réseau s'effectue à voltage élevé et à faible tolérance.
- Centrales hydroélectriques à très faible hauteur de chute (centrales dont la hauteur de chute est inférieure à 5 mètres et dont la production n'est que de plusieurs kW ou moins) : On peut acheter des ensembles turbine/génératrice auprès de fournisseurs ou, dans certains cas, acheter des plans de centrales à réaliser soi-même publiés par des magazines populaires. Les fournisseurs de ces centrales peuvent habituellement offrir tout le soutien technique requis pour installer une centrale hydroélectrique à faible hauteur de chute.
Exigences concernant le fonctionnement et l'entretien :
- Faibles exigences concernant le fonctionnement et l'entretien - nettoyage quotidien de la prise d'eau pendant la crue des eaux (p. ex., nettoyage du filtre servant à retenir les débris et à empêcher leur aspiration par la turbine à la conduite forcée) ou durant l'hiver pour y éliminer la glace qui s'est formée. Inspection périodique des valves mécaniques et des commandes électriques. Remplacement périodique de l'huile dans les carters d'engrenage après un nombre déterminé d'heures de fonctionnement.
Aménagement au fil de l'eau - réservoir
La plupart des microcentrales hydroélectriques sont aménagées « au fil de l'eau », ce qui signifie que l'on n'a pas construit de gros barrage ou de réservoir de stockage de l'eau et que l'on n'a pas inondé le terrain. On utilise souvent un petit déversoir pour constituer un petit réservoir afin de maintenir le débit à la prise d'eau, laquelle dirige l'eau le long d'un canal ou d'un pipeline. Généralement, une fraction seulement du débit disponible est utilisée à un moment ou l'autre pour générer de l'énergie, ce qui a peu d'impact sur l'environnement.
La création d'un réservoir ou d'un barrage augmente la complexité et le coût, ainsi que les enjeux environnementaux du projet. Les projets de centrales à faible hauteur de chute peuvent rarement être justifiés sur le plan du coût ou des délais et des approbations associés à la construction d'un barrage sur une rivière.
Interconnexion hors réseau / au réseau
L'approvisionnement hors réseau en énergie hydroélectrique est assujetti aux mêmes problèmes que toutes les autres sources d'énergie renouvelable :
- Est-ce que la source d'approvisionnement est fiable? Dois-je prévoir une source d'alimentation d'appoint avec batteries?
- Est-ce que je devrai me procurer un contrôleur de charge pour assurer la constance du voltage et de la fréquence?
- Quel genre de courant me faudra-t-il : courant alternatif ou courant continu? S'il faut du courant alternatif, alors il faudra aussi un onduleur pour convertir le courant continu.
- Est-ce que le débit est intermittent? Me faudra-t-il une source quelconque de génération d'énergie pour assurer la relève, par exemple une génératrice à essence?
- Les génératrices pour centrale hydroélectrique à faible hauteur de chute qui sont éloignées sont habituellement commandées électroniquement, ce qui engendre des dépenses supplémentaires. Le débit disponible est utilisé pour générer toute l'énergie possible sans restrictions mécaniques. Cela signifie que les commandes électroniques vont aiguiller l'énergie vers des fins différentes : demandes de production (disons dans la maison ou pour chauffer l'eau), stockage (batteries) ou puits thermique.
L'approvisionnement en réseau doit satisfaire les demandes rigoureuses de la société d'énergie en matière de branchement :
- Les coûts de distribution, de comptage et de contrôle devant être engagés pour mettre le projet à exécution, peu importe qu'il s'agisse de la propriété privée ou de celle de la société d'énergie, doivent être assumés par le promoteur.
- Habituellement, de coûteuses études réalisées par des professionnels doivent être effectuées avant le branchement au réseau public.
- Les contrats peuvent s'appliquer à l'énergie produite par votre centrale, mais méfiez-vous des pénalités qui sont imposées dans les cas de non-production. Faites appel à un professionnel en ce qui concerne le contrat.
- Les contrôles doivent empêcher l'îlotage de votre génératrice, c'est-à-dire qu'en cas d'interruption du réseau, votre centrale doit s'en débrancher instantanément. Pour rester branchée à un micro-réseau (par exemple votre propriété), votre centrale doit pouvoir fonctionner comme centrale hors réseau commandée à distance et vous devez assumer les coûts supplémentaires que cela comporte (voir ci-dessus).
Évaluation des ressources - sources / précision :
La puissance d'une centrale hydroélectrique est essentiellement tributaire de deux facteurs : la hauteur de chute et le débit de l'eau. Ces facteurs doivent être évalués ensemble afin de déterminer ce que sera votre puissance de production électrique potentielle. Comme première étape avant de recourir à des professionnels, vous pouvez déterminer la hauteur de chute (H) et le débit (Q) à peu de frais (voir le texte pour en savoir davantage). En ce qui concerne l'estimation du débit prévu, n'oubliez pas que :
- le débit d'un cours d'eau varie pendant l'année;
- une portion seulement du débit disponible sera utilisée par une centrale au fil de l'eau et que la quantité d'eau que vous pourrez utiliser est régie par des règlements environnementaux.
Après votre estimation approximative initiale, le recours à un hydrologiste ou à un ingénieur en énergie hydroélectrique pour quantifier le débit disponible constitue une étape importante. Vous pouvez aussi commencer par déterminer la quantité d'eau que la société d'aménagement ou l'office de protection de la nature local ou provincial vous permettra d'utiliser. Ces organismes ont parfois des données utiles sur le débit d'un cours d'eau donné ou sur un cours d'eau adjacent (consulter le texte et les liens pour obtenir un complément d'information sur l'estimation de la hauteur de chute et le débit d'eau).
Estimation de la puissance de la centrale et de la rentabilité du projet
Lorsque vous connaîtrez la hauteur de chute et le débit, vous pourrez estimer la puissance de production électrique (voir le texte pour obtenir de plus amples détails). En divisant le coût annuel de la centrale par l'énergie qu'elle produit en une année, vous obtiendrez une approximation du coût unitaire de l'énergie hydroélectrique, que vous pourrez comparer au revenu prévu ou au coût de l'énergie provenant d'autres sources pour déterminer si le projet est rentable et pour établir le délai de récupération des coûts.
Si les résultats de l'évaluation préliminaire du projet d'aménagement d'une centrale hydroélectrique à faible hauteur de chute sont encourageants, vous ou un professionnel pouvez alors effectuer des analyses plus approfondies avec les outils RETScreen (voir les liens dans la section Autres Ressources).
Problèmes et limites :
- Apparier une technologie économique et une hauteur de chute et un débit suffisants.
- Une conception innovatrice et la main-d'œuvre du promoteur peuvent faire baisser les coûts.
- L'obtention des approbations environnementales et rivulaires prend du temps et est coûteuse.
- Quelques provinces seulement encouragent le branchement au réseau.
- Hauteur de chute et débit. En deçà d'un certain seuil, l'aménagement d'une centrale ne présente probablement aucun avantage économique. Les hauteurs de chute et débit minimaux sont difficiles à préciser, parce que la combinaison des valeurs élevées de l'une aux faibles valeurs de l'autre peut donner une puissance utile. Toutefois, à toute fin pratique, il ne sera probablement pas économique d'aménager un site dont la hauteur de chute est inférieure à 1 m (3 pi). De même, on peut considérer que 0,60 litre/sec (lps ou 10 gal/min) constitue la limite inférieure du débit.
Durée de vie espérée :
25 ans ou plus
Outils d'étude de préfaisabilité :
RETScreen (voir Autres ressources)
Possibilité de produire une énergie hybride :
Il est possible de synchroniser une génératrice hydroélectrique et une génératrice à combustible fossile dans le cas d'une centrale éloignée, mais cela est coûteux. Cette solution serait rarement justifiée sur le plan économique dans le cas d'une centrale hydroélectrique à faible hauteur de chute.
Liens menant à de l'information plus détaillée (hyperliens)
Voir le texte pour obtenir ces liens.
Sources d'approvisionnement
Voir le texte pour obtenir ces liens.
Commentaires et recommandations
- Prenez le temps de bien étudier et planifier votre centrale. Vous devez régler de nombreuses questions techniques et non techniques avant d'investir trop d'argent dans l'équipement et les services de professionnels.
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- Obtenez des estimations de la ressource hydroélectrique disponible et le coût d'aménagement. Droit de propriété sur le terrain et le cours d'eau (y compris les routes d'accès et les lignes de transmission). Est-ce que les règlements provinciaux me permettront d'aménager une centrale électrique sur mon cours d'eau? Ai-je accès à l'eau et ai-je des droits sur celle-ci?
- Comment ma centrale se rentabilisera-t-elle? Si sa rentabilisation passe par le branchement au réseau, est-ce que la société d'énergie locale paiera pour l'énergie que je produis? Combien? Quelles sont les étapes requises pour effectuer ce branchement? Est-ce que cela en vaut la peine?
-
- Approbations (Quelles approbations fédérales, provinciales et municipales dois-je obtenir?)
- Acceptation par le public et les voisins (Est-ce que mes voisins vont s'objecter pendant la construction ou lorsque la centrale sera érigée?)
Définition
Hauteur de chute : Mesure de la chute verticale à partir du point de prise d'eau de la centrale hydroélectrique envisagée jusqu'au point de sortie.
Débit : Volume d'eau qui passe sur le site proposé à un moment donné.
Centrale hydroélectrique à faible hauteur de chute : 5 kW à 250 kW et hauteur se situant entre 1 et 10 mètres
Centrale hydroélectrique à très faible hauteur de chute : 1 kW à 5 kW et hauteur de chute se situant entre 1 et 5 mètres
Pico hydro : Très petits aménagements hydroélectriques d'au maximum 5 kW.
Microcentrale hydroélectrique : Les définitions varient selon la plage de la capacité de la microcentrale hydroélectrique. Même s'il est généralement accepté qu'une microcentrale hydroélectrique génère moins de 100 kW, certaines définitions incluent les centrales pouvant produire jusqu'à 2000 kW.
Modifié: 02-22-2008
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