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Production de l’Energie Electrique (CHAP 3)
Année universitaire 2019-2020
Chapitre III
Les centrales hydrauliques
3.1 Introduction :
L’énergie hydraulique constituée par l’accumulation de l’eau dans les barrages (ou
au fil de l’eau) se transforme en énergie mécanique à l’aide de la turbine, cette dernière est
accouplé mécaniquement à un alternateur qui convertie l’énergie mécanique en énergie
électrique. Ensuite, Par l’intermédiaire d’un transformateur l’électricité produite est évacuée
vers le réseau électrique.
Source d’énergie
mécanique
(Barrage)
Energie mécanique
(Rotation d’une
turbine)
Conversion d’énergie
mécanique en énergie
électrique
(Alternateur)
Transport d’énergie
électrique
(Transformateur)
Fig.3.1 Principe
Remarque :
➢ L’énergie hydraulique est une énergie renouvelable et propre (sans produire de gaz à
effet de serre)
➢ On distingue donc deux procédés :
-
En utilisant l’eau des barrages (centrales de lac et centrales d’éclusés). Fig 3.2
-
En utilisant les cours d’eau (sans barrage). Fig 3.3
-
Fig 3.2
Fig 3.3
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➢ La puissance d’une centrale hydraulique dépend principalement de deux paramètres :
-
Le débit de l’eau
-
La hauteur de chute
3.2 Principe :
L’eau accumulée dans les barrages ou dérivée par les prises d’eau constituée une
énergie potentielle disponible pour entrainer en rotation une turbine hydraulique.
Par définition, la puissance hydraulique fournit par la chute d’eau s’exprime par :
P=ρghQ
(3.1)
P : puissance fournit en Watt
ρ : masse volumique du fluide en Kg/m3
g : accélération de pesanteur en m/s2
h : hauteur de la chute d’eau en m
Q : débit volumique en m3/s
Selon la hauteur de la chute d’eau, on distingue trois types de centrale hydroélectriques :
•
les centrales à haute chute,
•
les centrales à moyenne chute,
•
les centrales à basse chute,
3.3 Type des centrales hydraulique
3.3.1 Les centrales à haute chute : (centrale de lac) (utilisant une turbine Pelton)
Dans ce cas le débit de l’eau Q est assez faible mais la hauteur de chute h est très
importante. Ce type de centrale produit de l’électricité grâce à la vitesse de l’eau, en effet,
L'eau, stockée dans un lac de retenue est amenée par une ou plusieurs conduites forcées
jusqu’à l’usine souvent éloignée de plusieurs kilomètres du barrage (fig 3.4).
On note que :
➢ Dans la conduite forcée de l’eau
des vannes s’ouvrent pour acheminer l’eau
jusqu'à la centrale à travers des longs tuyaux
➢ Généralement, les hauteurs de chute h sont de 500 à 2 000 mètres, mais les débits Q
moyens ne sont que de quelques dizaines de m3/s.
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Les centrales de haute chute sont équipées de turbines Pelton (fig 3.5), en effet, à l’arrivée la
vitesse de l’eau est très élevée et la fréquence de rotation de la turbine PETON est
relativement élevée (de l’ordre de 500 tr/min).
Fig.3.4. Turbine Pelton.
Fig. 3.5. Roue PELTON.
3.3.2 Les centrales à moyenne chute :(centrale d’éclusés) (utilisant une turbine
Francis)
Elles sont caractérisées par un débit moyen et une hauteur assez fort;
Un barrage, souvent important, coupe une vallée profonde afin de constituer un vaste
réservoir. L’eau est arrivée à l’usine, située au pied du barrage, par des conduites forcées
(fig.3.6) ayant un diamètre de plusieurs mètres (parfois jusqu’à 10 m).
Les hauteurs de chute sont de l’ordre de 100 mètres et les débits moyens au moins de
100 m3/s.
Les turbines utilisées sont de type FRANCIS (fig 3.7) à axe vertical, directement accouplées
à l’alternateur (toujours situé au-dessus de la turbine) ; la fréquence de rotation est inférieure à
celle d’un groupe de haute chute.
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Fig. 3.6. Centrale hydraulique de moyenne chute.
Fig. 3.7. Turbine FRANCIS.
3.3.3 Les centrales à basse chute: (centrale au fil d’eau) (utilisant une turbine
Kaplan)
Elles sont installées le long des fleuves ou de grandes rivières ne présentant qu’une
faible pente (hauteur faible) mais un débit très élevé. Un canal d’amenée capte l’eau à une
prise d’eau (sorte de mur barrant le fleuve), longe le fleuve durant plusieurs kilomètres puis
alimente les turbines de la centrale ; le canal de fuite restitue ensuite l’eau au fleuve.
Les hauteurs de chute sont de l’ordre de la dizaine de mètres et les débits moyens de
plusieurs centaines de m3/s.
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Les centrales furent d’abord équipées de turbines de type KAPLAN, à axe vertical (sorte de
grosse hélice semblable à celle d’un navire fig. 3.8 et 3.9).
Fig. 3.8. Schéma d’une centrale hydraulique à basse chute (au fil d’eau).
Fig. 3.9. Turbine KAPLAN
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