Fonctionnement des centrales hydroélectriques et types de centrales hydroélectriques

Les perspectives énergétiques ne sont pas brillantes avec les sources d’énergie fossiles telles que le charbon, le pétrole et le gaz naturel. Cette perspective sombre en conjonction avec la population mondiale en constante expansion et l’industrialisation rapide des économies du tiers monde laisse les humains en grave danger de manque d’énergie à l’avenir. Si les événements actuels se poursuivent sans relâche, il n’y aura pas assez d’énergie pour répondre aux besoins quotidiens de l’humanité. Les gouvernements ont agi rapidement pour neutraliser cette menace en proposant des solutions de grande envergure, notamment l’affectation de plus de ressources à l’exploration de plus de pétrole, l’expansion de l’énergie nucléaire, l’amélioration de la recherche sur les technologies économes en énergie et un investissement sans précédent dans les énergies renouvelables. Ce dernier peut être divisé en différents domaines, qui englobent l’énergie éolienne, l’énergie solaire et l’énergie hydraulique. Des trois, l’hydroélectricité présente la meilleure possibilité d’adoption à grande échelle. Cela se traduit par les nombreuses centrales de production hydroélectrique en activité.

L’hydroélectricité est l’énergie générée en exploitant la force naturelle de l’eau (énergie cinétique). L’énergie est exploitée par des systèmes hydroélectriques et convertie en électricité à l’aide d’une turbine et d’un générateur. L’hydroélectricité est classée comme source d’énergie renouvelable car l’approvisionnement en eau est constamment renouvelé par le soleil. Cela signifie qu’il s’agit d’une ressource inépuisable. Il est également respectueux de l’environnement car il n’émet pas de gaz à effet de serre dans l’atmosphère qui contribuent puissamment à la pollution et au réchauffement climatique. La Chine est aujourd’hui le plus grand producteur d’hydroélectricité, suivie du Canada, du Brésil et des États-Unis. En raison de son abondance, l’hydroélectricité devrait être la ressource énergétique dominante dans le monde pendant de nombreuses années à venir.

Comment fonctionnent les centrales hydroélectriques ?

Pour produire de l’hydroélectricité, trois choses doivent être présentes; de l’eau en mouvement, une turbine et un générateur. Les centrales hydroélectriques sont conçues pour exploiter l’énergie cinétique de l’eau en mouvement. Idéalement, ce sont des usines qui convertissent l’énergie des chutes d’eau en flux d’électrons, communément appelé électricité. Dans la plupart des scénarios, un barrage est construit sur une rivière pour élever le niveau de l’eau et offrir la chute nécessaire pour développer une force motrice. L’eau qui tombe est ensuite acheminée vers une roue de turbine à un niveau inférieur. L’eau qui coule fait tourner une roue de turbine qui est reliée à un générateur. Le générateur a un rotor, qui est entraîné par la turbine. La rotation du rotor du générateur produit de l’électricité.

Le fonctionnement d’un générateur est ancré sur les principes révélés par Faraday. Sa découverte indique que lorsqu’un aimant est déplacé devant un conducteur, il déclenche le flux d’électrons. Dans un générateur hydroélectrique à grande échelle, les électroaimants sont créés en faisant circuler un courant continu via des boucles de fil qui sont enroulées autour de tas de tôles magnétiques en acier appelées pôles de champ. Les pôles de champ sont montés sur le périmètre du rotor. Le rotor est relié à l’arbre de la turbine et tourne à une vitesse définie. Lorsque le rotor tourne, il déclenche les électroaimants (pôles de champ) pour aller au-delà des conducteurs montés dans le stator, provoquant le flux d’électrons (électricité) et une tension aux bornes de sortie du générateur.

L’électricité produite est ensuite montée en tension grâce aux transformateurs de la centrale hydroélectrique et envoyée sur les lignes de transmission. L’eau utilisée ayant atteint son objectif prévu est canalisée hors de la centrale de production d’électricité vers le courant principal de la rivière pour continuer le cycle de production d’électricité.

Types de centrales hydroélectriques

De nombreuses centrales hydroélectriques existent aujourd’hui. Leur classification repose sur le volume net et le débit d’eau. Les classifications dépendent également de la disponibilité de la surface pour installer la centrale électrique et du montant du capital injecté dans le projet. Cependant, les trois principaux types de centrales hydroélectriques comprennent les installations de retenue, la dérivation des rivières et les centrales hydroélectriques à accumulation par pompage. Regardons-les en détail :

• Installation de retenue

C’est le type de centrale hydroélectrique le plus répandu. Une installation de retenue est, essentiellement, un grand système hydroélectrique qui utilise un barrage pour stocker de grandes quantités d’eau de rivière dans un réservoir. L’amas d’eau sortant du réservoir est canalisé via une turbine entraînant sa rotation. La turbine rotative active un générateur pour produire de l’électricité. L’eau peut être libérée pour deux raisons principales; pour répondre aux différents besoins en électricité ou pour s’assurer que le réservoir maintient un niveau d’eau constant.

• Détournement de rivière

Ce type de centrale hydroélectrique est parfois appelé au fil de l’eau. Le terme « fil de l’eau » évoque les images de petites turbines tournant dans une rivière pour produire de l’électricité à faible impact. Cependant, le terme « détournement de rivière » tend à définir ces projets avec plus de précision. La dérivation implique la production d’électricité en détournant une grande partie (environ 90%) de tout débit de rivière dans un pipeline ou un tunnel pour faire tourner des turbines avant de canaliser l’eau vers le courant principal de la rivière. Dans ce modèle, les éoliennes ne sont pas installées dans le fleuve lui-même.

Les projets de détournement de rivière varient en ampleur. Cependant, chaque projet nécessite des infrastructures importantes telles que :

• Un barrage pour développer un réservoir de petite taille appelé bassin de tête
• Un tunnel ou un pipeline, appelé conduite forcée, construit sur plusieurs kilomètres de long pour puiser l’eau du bassin d’amont vers les turbines.
• Un bâtiment de centrale fortifié pour le stockage des générateurs
• Un affluent du canal de fuite par lequel les eaux usées sortent de la centrale électrique
• Routes d’accès bien construites à la centrale et au bassin d’amont
• Lignes de transmission partant de la centrale électrique jusqu’à la ligne de transmission adjacente de BC Hydro
• En quelques occasions, une sous-station électrique

Les centrales hydroélectriques de dérivation des rivières ont moins d’impact sur l’environnement que les projets hydroélectriques traditionnels qui nécessitent d’énormes barrages et réservoirs. Cependant, une vaste collection de projets de détournement de rivières peut avoir un impact considérable sur l’environnement.

• Hydroélectricité à accumulation par pompage

Ce type de centrale hydroélectrique fonctionne un peu comme une batterie. Il stocke l’électricité produite par d’autres sources d’énergie telles que l’éolien, le solaire et le nucléaire pour être utilisée plus tard. Cette technologie fonctionne en pompant de l’eau vers un réservoir de niveau supérieur à partir d’un réservoir de niveau inférieur. Le pompage de l’eau vers le réservoir à haute altitude se produit lorsque la demande d’électricité est à son plus bas. Lorsque la demande d’électricité monte en flèche, l’eau est autorisée à retourner dans le réservoir inférieur pour faire tourner une turbine et produire de l’électricité.

Hydroélectricité en mer

Il s’agit d’un type de système hydroélectrique moins exploré qui utilise la puissance des vagues ou des courants de marée pour produire de l’électricité. Il a le grand avantage qu’aucun terrain n’est dédié à son installation.

Les centrales hydroélectriques sont également classées en termes de taille comprenant:

Il s’agit de la plus petite centrale hydroélectrique et a la capacité de produire environ 100 kilowatts d’électricité. Il est capable de fournir suffisamment d’électricité pour un village, une maison, une ferme ou un ranch.

Ce sont des projets d’énergie hydroélectrique qui ont la capacité de générer au plus 10 mégawatts d’énergie

Ce sont des projets hydroélectriques qui ont la capacité de produire au moins 30 mégawatts d’électricité.

L’hydroélectricité est la méthode de production d’électricité la plus efficace et la plus pratique. Les turbines hydroélectriques contemporaines sont si innovantes qu’elles sont capables de convertir plus de 90 % de l’énergie disponible en électricité. C’est bien mieux par rapport à la meilleure installation de combustibles fossiles, qui n’est efficace qu’à 50 %. L’énergie hydroélectrique joue un rôle essentiel dans le mix électrique moderne, attribuant plus de 16% de la production d’électricité à travers le monde. Bien que d’autres sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie solaire, éolienne et géothermique gagnent rapidement en puissance, l’hydroélectricité devrait alimenter la plupart des économies mondiales pendant de nombreuses années à venir.

Références : energyinformative

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