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nQE - Le Monde en Chantier

1. CA Tis rille amont N ecoulement Van niveau d eau aval io o A roches en vrac lit de courant gabions conduite forc e 5 3 2 D versoirs avec vannes L installation d l ments mobiles sur les barrages ou d versoirs permet de contr ler les conditions d coulement sans changer le niveau d eau Ceci est r alis au moyen de vannes con ues de telle sorte que lorsqu elles sont enti rement ouvertes ce qui correspond un d versoir fixe l eau traverse la structure sans augmentation importante du niveau d eau amont Une vanne n cessite une maintenance permanente et une source d nergie externe Par cons quent il existe un risque que la vanne reste bloqu e durant les crues Les types de vanne les plus utilis s sont repr sent s sur la figure 5 9 Selon le type les fermetures ouvertures possibles sont soit rotatives soit glissantes soit tournantes Le d bit transitant travers les vannes d pend de leur type de leur ouverture relative de leur angle d aff tage ainsi que de la forme du d versoir sur lequel elles sont mont es La figure 5 9 donne les formules de calcul de d bit pour deux types de vannes Celles ci sont uniquement valables pour des conditions d coulement non immerg Comme pour les structures 107 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 fixes lorsque le niveau d eau en aval devient sup rieur ou
2. Pelton C a a ee i o eh QO ND ba ro 0 1 J 7 E LL 0 01 1 10 100 1000 Chute nette H E g m 169 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Quelques r gles de base de la similitude sont donn es ci apr s Q m z S 6 14 N O a a 3 m Soat Mn n JH D O t correspond la turbine industrielle et m au mod le de laboratoire 6 15 Les exemples suivants illustrent l application de ces r gles de similitude Si nous d sirons construire un mod le r duit l chelle de 1 5 d une turbine fonctionnant sous une chute nette de 80 m 10 m s et tournant 750 t min pour le tester sous une chute nette de 10 m le d bit du mod le n cessaire sera de 0 141 m s et sa vitesse de rotation de 1 326 t min Un autre exemple est celui d une turbine con ue pour un d bit de 1 m s sous une chute nette de 100 m et une vitesse de rotation de 750 t min que l on d sire utiliser sous une chute nette de 120 m Dans ce cas o D Dn la turbine devra tourner 685 t min et le d bit maximum admissible sera de 0 913 m s pour conserver un fonctionnement hydrodynamique correct 6 2 3 Conception pr liminaire Ce chapitre donne quelques formules statistiques permettant de d terminer les principales dimensions d une turbine Pelton Francis ou Kaplan en fonction des caract ristiques du site O
3. AR 4 174 tape 4 On consid re une largeur de fond de 6 m et des berges de pente 2 1 calculer la profondeur par it ration selon l exemple 5 3 d 0 87 m A 6 734 m Etape 5 Calculer la vitesse V 11 6 734 1 63 m s OK Etape 6 Hauteur totale du canal Les tableaux de PUS Bureau of Reclamation USA recommandent une revanche de 0 37 m Le logiciel FlowPro fournit tous les r sultats 5 6 2 Excavation et stabilit Pour les am nagements hydro lectriques conventionnels et quelquefois pour ceux de petite taille particuli rement dans de grandes vall es o les canaux doivent acheminer de grands d bits ceux ci sont con us selon le sch ma de la figure 5 28 Pour ce type de profil le sol excav est utilis pour construire des endiguements pas seulement la hauteur d eau calcul e mais galement pour constituer une revanche hauteur suppl mentaire n cessaire pour faire face l augmentation de niveau produite par une fermeture de vanne brutale par des vagues ou par une augmentation excessive du niveau du canal lui m me due de fortes pluies Ces canaux d endiguement bien que faciles construire sont difficiles maintenir en raison de l rosion de la paroi et de la croissance des plantes aquatiques La stabilit des parois est d finie par un entra nement ventuel des mat riaux Il peut tre accentu par des changements de niveau d eaux rapides dans le canal La vitesse d couleme
4. des questions d acc s au r seau de tarification et de diversit des degr s d ouverture des march s entre les Etats membres Pour le bon fonctionnement de la concurrence l acc s au r seau doit tre non discriminatoire transparent et disponible au juste prix Afin d achever le march int rieur de l lectricit l acc s non discriminatoire au r seau du gestionnaire de r seau de transport ou de distribution rev t une importance primordiale Un gestionnaire de r seau de transport ou de distribution peut comprendre une ou plusieurs entreprises Elle souligne galement que La mise en place et l entretien de l infrastructure de r seau n cessaire y compris la capacit d interconnexion devraient contribuer un approvisionnement stable en lectricit L entretien et la construction des infrastructures de r seau n cessaires y compris la capacit d interconnexion et la production d lectricit d centralis e sont des l ments importants pour assurer un approvisionnement stable en lectricit Le respect des obligations de service public est un l ment essentiel de la pr sente directive et il est important que des normes minimales communes respect es par tous les Etats membres soient fix es dans la pr sente directive en prenant en compte les objectifs de la protection des consommateurs de la s curit d approvisionnement de la protection de l environnement et de l galit de
5. quatre fois le diam tre de la conduite La prise d eau est prot g e par une grille amont inclin e 60 par rapport l horizontale Celle ci est faite de barreaux en acier inoxydable de 12 mm d paisseur et l espace entre les barreaux est de 70 mm stimer la perte de charge totale L exp rience montre que la vitesse de l eau l entr e de la grille doit tre comprise entre 0 25 m s et 1 0 m s voir aussi 5 5 4 La surface minimale de la grille n cessaire est estim e par la formule 0e K b JV sna O gt S est la surface en m tl paisseur des barreaux mm b la distance entre les barreaux mm Q le d bit m s V la vitesse de l eau l entr e K un coefficient qui pour une grille quip e d un nettoyage automatique vaut 0 80 En consid rant une vitesse V 1 m s la surface minimale S sera gale 5 07 m Pour des raisons pratiques on peut proposer une grille de 6 m correspondant Vo 0 85 m s ce qui est acceptable 67 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 La perte de charge induite par la grille est calcul e selon de l quation de Kirschner 2 16 43 3 E h Kt sind b 2g 4 3 2 h 2 4 _ sin 60 0 007 m 70 2 981 Les pertes par frottement dans la premi re longueur de conduite forc e sont fonction du d bit L entr e de la conduite est suppos e bien
6. 6 4 G n rateurs Les g n rateurs transforment l nergie m canique en nergie lectrique Bien qu au d but de l lectrification la plupart des centrales fournissaient du courant continu correspondant aux besoins de l poque aujourd hui mis part quelques applications particuli res de tr s petite puissance seuls des g n rateurs courant alternatif trois phases sont utilis s En fonction des caract ristiques du r seau lectrique le producteur peut choisir entre e Les g n rateurs synchrones ils sont quip s d un syst me d excitation courant continu ou aimant permanent rotatif ou statique associ un r gulateur de tension r gulant la tension de sortie avant que le g n rateur ne soit connect au r seau Ils fournissent l nergie r active requise par le syst me Les g n rateurs synchrones peuvent fonctionner en r seau isol puisque leur excitation ne d pend pas du r seau e Les g n rateurs asynchrones ce sont des moteurs induction rotor en court circuit simple cage d cureuil n ayant aucune possibilit de r gulation de tension et fonctionnant une vitesse directement li e la fr quence du r seau Ils tirent leur courant d excitation du r seau et absorbent de la puissance r active raison pour laquelle il est en g n ral n cessaire d y adjoindre une batterie de condensateurs permettant de compenser la puissance r active absorb e Ils ne peuvent donc pa
7. Conduite forc e Dans les am nagements moyenne ou haute chutes les centrales sont plus conventionnelles voir figure 6 2 avec une entr e pour la conduite forc e et un canal de fuite Bien que peu r pandu en petite hydraulique ce type de centrale peut tre souterrain 152 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Photographie 6 33 Vue d ensemble d une petite centrale typique Comme le montre la Figure 1 4 du chapitre 1 une centrale peut galement tre construite au pied d un barrage existant l arrive d eau se faisant par une vidange de fond existante Comme nous le verrons au chapitre 6 2 1 quelques configurations de turbines permettent de r duire consid rablement les infrastructures en les limitant un local abritant l quipement de contr le commande et le poste de couplage Les groupes de type bulbe int grant le multiplicateur ventuel le g n rateur et les organes de man uvre des pales de la turbine dans une seule et m me entit tanche et immerg e dans l coulement en sont un exemple 6 2 Turbines hydrauliques Le but d une turbine hydraulique est de transformer les nergies potentielle et cin tique de l coulement d eau en nergie m canique de rotation Bien que ce manuel ne d finisse pas les r gles de conception des turbines r le r serv aux constructeurs 1l est utile de fournir d une part quelques crit res permettant de choisir la b
8. L aspirateur a de telles r percutions sur le fonctionnement et le rendement de la turbine que seul le constructeur de la machine peut le concevoir correctement selon ses travaux de laboratoire La figure 6 30 utiliser avec le tableau 6 7 indique le niveau de rendement que peuvent garantir les constructeurs disposant d une technique hydraulique test e et prouv e pour diff rents types de turbine Le rendement global du groupe est obtenu en multipliant le rendement turbine par les rendements du multiplicateur si utilis et du g n rateur Figure 6 112 Niveaux de rendement des petites turbines hydro lectriques Pelton 2 nozzles Pelton 2 injecteurs Pelton 1 nozzle Pelton 1 injecteur Propeller H lices 1 0000 0 9500 0 9000 0 8500 0 8000 0 7500 0 7000 0 6500 Pelton 2 nozzles _ Pelton 1 nozzle 0 6000 Kaplan Propeller Rendement de turbine relatif n nmax Francis 0 5500 0 5000 0 00 0 05 0 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 40 0 45 0 50 0 55 0 60 0 65 0 70 0 75 0 80 0 85 0 90 0 95 1 00 1 05 D bit relatif Q Qmax Comme le montre la figure ci dessus le rendement de la turbine varie avec le d bit Le d bit maximal des turbines r action ne correspond g n ralement pas au meilleur rendement ceci de mani re privil gier le rendement charge partielle Les niveaux indiqu s dans le tableau 6 7 correspondent donc
9. La photographie 5 8 repr sente une telle prise d eau install e dans un cours d eau de montagne dans les Asturies Espagne Figure 5 62 Prise d eau dite par en dessous barres d cran en porte faux d but du canal ouvert Photographie 5 20 Prise d eau par en dessous La prise Coanda est un concept avanc de prise d eau par en dessous int grant l effet Coanda bien connu de l industrie de pr paration de minerai Il s agit d un d versoir dont la face aval est constitu e d un grillage en acier inoxydable et d un canal collectant l coulement sous celui ci Les barres du grillage sont positionn es horizontalement la diff rence de la prise d eau par en dessous classique et sont de section triangulaire pour favoriser le passage de l eau tout en emp chant le passage des mat riaux et poissons qui sont entra n s par l eau d versant au dessus du seuil Le grillage est capable de supprimer 90 des solides de taille sup rieure 0 5 mm pouvant rendre l installation d un dessableur inutile La prise Coanda est brevet e par AQUA SHEAR et distribu e par DULAS en Europe 111 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 La prise d eau dit tyrolienne a quant elle t d velopp e dans les Alpes pour les torrents tr s forte pente en r gions de montagne difficiles d acc s figure 5 18 Figure 5 63 Prise d eau tyrol
10. coulement sont parall les et que nous prenons la surface libre de l eau comme plan de r f rence la somme de la cote et de la hauteur pi zom trique P y est constante et gale la profondeur d eau En pratique la plupart des coulements uniformes et une grande partie des coulements vari s permanents peuvent tre consid r s comme parall les au fond Pour un canal ayant une pente constante inf rieure 6 figure 2 12a la hauteur pi zom trique un quelconque point immerg est gale la distance verticale mesur e partir de la surface libre au niveau de ce point profondeur d eau La distribution des pressions est typiquement triangulaire N anmoins si l eau s coule au dessus d un radier convexe tel qu un vacuateur l effet centrifuge agit dans une direction oppos e la gravit et la distribution des pressions est d form e et semblable la figure 2 12b L nergie potentielle est donn e par la diff rence entre la profondeur et l acc l ration centrifuge de l eau mv r r tant le rayon de courbure du radier convexe Si le radier est concave la force d acc l ration est ajout e la profondeur et la distribution des pressions correspond la figure 2 12c En cons quence la hauteur pi zom trique r sultante pour des coulements le long d une ligne droite d un radier convexe et d un radier concave est respectivement o P H P FT Vyai y y bli y y c
11. gal celui de cr te la structure mobile est progressivement immerg e et son d bit baisse Pour plus d informations le lecteur est invit consulter des manuels sp cialis s Figure 5 58 Caract ristiques et formules de d bit pour des d versoirs avec vannes Te Position Conception Formule de d bit Q dbG Ah Canal 5 rectangu GC gt h b Vanne plane laire 0765 ou vanne C N wagon 9 H amp Hi z fer a Seuil d versant Q HNY Co 0494 Q DQNAAh Canal g rectangu Q ep 2 laire 0765 Vanne G 008 85 secteur ou z keee Q T radiale 12 qB Seuil 27 k d versant 185 Je Ska 2 P Tee 5 3 3 Autres types d vacuateurs Batardeaux mobiles Pour lever l g rement le niveau d eau avant le d versoir afin de garantir une profondeur ad quate d eau au niveau de la prise d eau sans risque d inondation du terrain en amont des batardeaux mobiles peuvent tre install s sur la cr te du d versoir figure 5 10 Ceux ci sont commun ment constitu s de planches en bois retenues par des barres en acier fich es dans des tubes galement en acier coup s sur mesures int gr s dans la cr te du d versoir Les batardeaux mobiles doivent tre retir s manuellement durant les crues de sorte que le niveau amont n augmente pas et n inonde pas le terrain Cette op ration est tr s difficile dans ces circonstances Le bat
12. nergie cin tique contenue dans l eau pr s de la vanne sera en fait convertie en travail de d formation et produira la m me pointe de pression que si la vanne tait ferm e instantan ment Toutefois si la vanne n a t ferm e que de mani re partielle pendant que la pouss e de pression initiale retourne vers la vanne g toute l nergie cin tique ne sera pas convertie en travail de d formation et le pic de pression sera plus faible Si la vanne continue se fermer la pouss e de pression positive produite serait r duite quelque peu par la pouss e de pression n gative h qui est survenue lorsque la vanne a commenc se fermer Par cons quent si la vanne met plus de temps s ouvrir ou se fermer que ce qui est n cessaire pour que l onde de pression circule vers le 38 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 r servoir et retourne vers la vanne les pics de pression de l onde sont r duits Cette dur e appel e dur e critique T est gale T 2L c 2 22 O c est la vitesse de l onde La vitesse de l onde ou vitesse du son dans l eau est approximativement 1420 m s Toutefois la vitesse de l onde dans une conduite la vitesse avec laquelle l onde de pression circule le long de la conduite est une fonction la fois des propri t s lastiques de l eau et du mat riau de la conduite Une expression de la vitesse de l onde est
13. quation permet de tracer l volution de R en fonction de u pour diff rentes valeurs de e D comme repr sent sur la figure 2 3 c est une variante du diagramme de Moody qui permet de calculer R directement 21 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 2 11 u fonction du nombre de Reynolds 10 zone turbulente eD 0 0 0 10 0 To A LE 0 0 PA 10 gt Re 0 0 N 1 D 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 M Exemple 2 3 Estimer le d bit d un coulement 10 C qui entra ne une perte de charge par frottement de 2 m par km dans une conduite en acier soud de 1 5 m de diam tre Apr s avoir calcul u on remplace les param tres par leur valeur dans l quation 2 12 avec e D 0 6 1 500 4x10 9 81 1 5 2 D 0 10 1000 1 31 10 lt 4 10 __ 251 2 3 86 10 log Rov 2 19 10 1 31 10 V 1 913 ms QSV A 53 38 m s D 1 5 Egalement bas s sur l quation de Colebrook White d autres moyens existent pour calculer la perte de charge par frottement dans une conduite pour un d bit un diam tre de conduite et un coefficient 28 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 de rugosit donn s tel que celui repr sent ci apr s et publi avec l autorisation de Hydraulic Research Wallingford U K Formul
14. quilibre est de r duire la longueur de la colonne d eau en pla ant une surface d eau libre plus proche de la turbine figure 5 36 Quelques auteurs consid rent que la chemin e d quilibre n est pas n cessaire si la longueur de conduite est inf rieure 5 fois la d nivellation Il est galement commode de prendre en compte le temps de mise en vitesse de l eau tn dans la conduite 146 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 le e 5 27 o L longueur de la conduite forc e m V vitesse d coulement m s H chute nette m g acc l ration de la pesanteur 9 81 m s Figure 5 82 Variation de la hauteur d eau dans la chemin e d quilibre en fonction du temps O 200 300 900 hauteur d eau O Temps s Photographie 5 32 Jet d eau Si tn est inf rieur 3 secondes la chemin e d quilibre n est pas n cessaire mais s 1l d passe 6 secondes une chemin e d quilibre ou tout autre dispositif ad quat doit tre install pour viter des oscillations importantes dans le syst me et en particulier au niveau du r gulateur de la turbine 147 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Avec la vanne ouverte et un coulement stable dans la conduite forc e le niveau d eau dans la chemin e va correspondre la pression locale dans la conduite forc e Lorsqu il y a
15. tude de paysage du site et de l int gration du projet dans l environnement Le service administratif en charge du projet doit v rifier sa conformit avec les documents d urbanisme 92 4 Raccordement au r seau Le raccordement au r seau est galement une proc dure diff rente du droit d eau Une demande l autorit en charge du r seau concern haute ou basse tension suivant la puissance d livr e est n cessaire En raison de l effort europ en pour le d veloppement des sources d nergies renouvelables les services publics ont re u une augmentation importante de la demande de connexion d installations de production d lectricit d centralis es en particulier de parcs oliens De ce fait la capacit de connexion au r seau local peut tre satur e Auquel cas il est n cessaire de renforcer le r seau op ration plus co teuse qu une simple connexion De m me 1l est galement n cessaire de conna tre les raccordements pr voir pour viter un renforcement du r seau Pour g rer cette situation la France a introduit un syst me de files d attente Pour chaque demande une tude pr alable du projet est d abord r alis e A la fin de cette tude le service public donne une r ponse au monteur de projet qui peut son tour demander une tude d taill e du raccordement de la centrale Les co ts de renforcement peuvent tre inclus cependant une partie de ces co ts seront rembours s pl
16. un corps tranger est venu se bloquer entre le pointeau et la buse d une turbine Pelton L onde de pression qui survient avec un changement brusque de vitesse d coulement est connue sous le nom de coup de b lier et bien que transitoire il peut entra ner des pressions dangereusement hautes et basses dont les effets peuvent tre dramatiques la conduite forc e pouvant clater en raison des surpressions ou s craser en raison de d pression Les surpressions induites par le ph nom ne de coup de b lier peuvent avoir une amplitude plusieurs fois sup rieures la pression statique due la chute Elles doivent tre prises en compte lors du calcul de l paisseur de la conduite forc e Des informations d taill es sur le ph nom ne du coup de b lier peuvent tre trouv es dans des ouvrages sp cialis s Quelques informations de base sont cependant donn es dans le chapitre 2 section 2 2 2 3 Quelques exemples vont illustrer l application des formules appropri es Quoiqu il en soit celles c1 restent simplifi es et ne permettent que de donner une premi re id e de l ampleur du ph nom ne Comme d crit dans le chapitre 2 quation 2 23 la vitesse de l onde de pression c m s d pend de P lasticit de l eau et du mat riau de la conduite selon la formule 5 22 o k module de compressibilit de l eau 2 1x10 N m E module d lasticit du mat riau de conduite N m D diam tre de
17. un ravin demande l installation d un canal auto porte sorte de prolongation de canal ayant la m me pente support par des piliers de b ton d acier ou s tendant comme un pont Les conduites en acier sont souvent la meilleure solution parce que la conduite peut tre utilis e comme base d un pont en treillis m tallique construit sur site L unique probl me ventuel est la difficult de supprimer les d p ts de s diments lorsque le canal est rempli d eau stagnante La photographie 5 19 montre un ouvrage de ce type en Chine Des siphons invers s peuvent galement r gler le probl me Un siphon invers est constitu d une structure d entr e et d une structure de sortie qui sont reli es par une canalisation Le calcul de diam tre suit les m mes r gles que pour les conduites forc es lesquelles sont tudi es ci dessous 5 7 Conduites forc es Choix d agencement et de mat riaux pour conduites forc es L acheminement de l eau en direction de la centrale partir de la prise d finition d une conduite peut para tre simple Toutefois le choix de l agencement le plus conomique pour une conduite forc e n est pas une t che facile Les conduites forc es peuvent tre apparentes ou enterr es en fonction de facteurs tels que la nature du sol lui m me le mat riau pour la conduite forc e les temp ratures ambiantes et les contraintes environnementales 133 Petite Hydro lectricite Guid
18. un refroidissement air du g n rateur et une conception minutieuse des quipements 204 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 auxiliaires Tout comme l isolation thermique habituelle le b timent a t muni d une isolation acoustique soign e Par cons quent le niveau de bruit atteint varie entre 66 dBA et 74 dBA quelques 20 dBA de moins que la moyenne des centrales classiques en Su de Avec un seul fournisseur la question de la responsabilit tait r solue La r duction du niveau sonore externe a t obtenue en utilisant des dispositifs d isolation antivibratoire des parois et du toit de la centrale Le principe du syst me de r duction de vibration tait de laisser les structures hydrauliques en b ton et les piliers en b ton sous l influence de la vibration des turbines Les autres parties du b timent telles que les poutres de sout nement du toit en b ton et les l ments en b ton pr fabriqu s dans les parois sont support es par des l ments en caoutchouc sp cial donnant une r duction du bruit maximum Pour les poutrelles de toit des supports en caoutchouc ressort composite sp cial Trelleborg Novimbra SA W300 ont t choisis Finalement l mission sonore de la centrale n est pas identifiable niveau des premi res habitations les plus proches par rapport au bruit mis par exemple par le trafic routier ou par l coulement de l eau du cour
19. 10 000 1 s Enqu te publique Dans certains pays membres le monteur de projet doit soumettre le projet une enqu te publique cette proc dure tant g n ralement simplifi e pour des centrales de petite capacit Cette enqu te est demand e par l autorit en charge de donner son accord la mise en uvre de la centrale L objectif de cette enqu te est d informer le public et de collecter ses opinions suggestions et contre propositions de sorte que le public ait particip et que l autorit ait toute l information n cessaire disposition Un auditeur m ne l enqu te visite de site demande d informations suppl mentaires organisation d une r union publique ventuellement extension de la dur e de l enqu te Sa mission est pr sent e par un rapport l autorit comp tente prenant en consid ration les observations du public L auditeur doit conclure clairement et de fa on concise et sp cifier s il accepte le projet ou non et le cas ch ant ses r serves et conditions L autorit peut prendre ou ne pas prendre les conclusions du rapport de l auditeur en consid ration 9 2 3 Sp cifications de construction Un permis de construire est g n ralement n cessaire Il est d livr s par ment du droit d eau C est la responsabilit des autorit s de l urbanisme dont la proc dure est d finie dans le cadre des r gles de l urbanisme du pays ou de la r gion Elle comprend souvent une
20. 2002 Long Run Discounting Utilities Journal 42 Septembre 251 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 9 PROCEDURES ADMINISTRATIVES 9 1 Introduction Les proc dures administratives et d am nagement du territoire que les monteurs de projets potentiels doivent respecter constituent un des obstacles majeurs au d veloppement des projets relatifs aux nergies renouvelables Tout particuli rement pour les petites et moyennes entreprises PME qui repr sentent une portion significative des entreprises du secteur Selon la directive de PUE 2001 77 CE Directive E SER les pays membres de l Union Europ enne doivent revoir leurs cadres l gaux et r glementaires concernant les proc dures d autorisation afin de r duire les obstacles r glementaires et non r glementaires de rationaliser et d acc l rer les proc dures administratives et galement de s assurer que les r gles soient transparentes et non discriminatoires Ces r gles doivent prendre en consid ration les caract ristiques particuli res des diff rentes technologies utilisant les sources d nergies renouvelables La Directive mentionne galement l obligation des pays membres de pr senter un rapport la Commission europ enne sur cette proc dure de r vision en d finissant une action engager Ce rapport doit donner une vue d ensemble du progr s r alis dans e La coordination entre les diff rents organe
21. 2g 2 20 Une conduite en charge d bouchant dans une retenue est un cas extr me d expansion brusque o compte tenu de la taille relative du r servoir et de la conduite V peut tre consid r e comme nulle La perte est alors de V 2g A l inverse l entr e d une conduite dans un r servoir est un cas extr me de contraction brusque La figure 2 7 montre la valeur du coefficient K appliquer l nergie cin tique V 2g dans la conduite Figure 2 14 Coefficients de perte de charge dans les divergents 0 7 0 6 10 20 30 40 50 60 angle de divergence 0 35 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 2 15 Coefficients de perte de charge l entr e d une conduite FO Xe L A Ke 0 8 Ke 0 5 Ke 0 2 Ke 0 04 a b c d 222 Perte de charge dans les coudes Figure 2 16 Coefficients de perte de charge dans les courbes Paroi externe haute pression e d 0 01 4 Paroi interne basse R pression Paroi externe Dans un coude l coulement en conduite subit une augmentation de pression le long de la paroi ext rieure et une baisse de pression le long de la paroi int rieure Ce d s quilibre de pression entra ne un courant secondaire repr sent sur la figure 2 10 Ces mouvements simultan s l coulement longitudinal et le courant secondaire produisent un coulement en spirale qui pou
22. Des programmes informatiques permettent d optimiser l paisseur et la longueur des bassins en fonction de la chute entre chaque bassin le d bit et la chute totale au barrage pour limiter les co ts de r alisation Photographie 7 53 Passe poissons munie de fentes verticales section transversale et chicane La passe poissons fente verticale figure 7 8 est tr s r pandue aux Etats Unis mais elle n est pas bien connue en Europe Le poisson et la mati re solide en suspension passent tous les deux travers la fente verticale de la chicane Un mod le standard comporte des bassins de 2 5 m 3 3 m 224 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 de long pour une fente de 30 cm Les d fenseurs de ce type de passe soulignent sa stabilit hydraulique et ce m me avec des variations importantes de d bit et de niveau des plans d eau amont et aval Figure 7 126 Passe poissons fentes verticales La passe poissons Denil photographie 7 15 est profonde et est constitu e de chutes successives tr s rapproch es comme repr sent sur la figure 7 9 Ces vannes dissipent l nergie provenant d un d bit moyen travers lesquelles peut facilement remonter le poisson Photographie 7 54 Passe poissons Denil Cette caract ristique permet la passe Denil d tre utilis e pour des pentes jusqu 1 5 Elle produit galement un d bit tur
23. Heureusement ceci n est pas possible en pratique une vanne demande du temps pour que la fermeture soit compl te les parois de la conduite ne sont pas parfaitement rigides et la colonne d eau soumise de fortes pressions n est pas incompressible La description suivante reproduite avec l autorisation de l auteur Allen R Inversin dans l annexe F de son manuel Micro Hydropower Sourcebook est l une des meilleures explications physiques du ph nom ne La figure 2 15 incluse la fin de ce chapitre repr sente la mani re dont un 37 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 y changement de vitesse provoqu par une fermeture instantan e d une vanne l extr mit d une conduite cr e des vagues de pression circulant dans la conduite Initialement l eau s coule une vitesse V comme repr sent dans a Lorsque la vanne est ferm e l eau s coulant dans la conduite a tendance continuer s couler en raison de sa quantit de mouvement Parce qu elle en est physiquement emp ch e elle s accumule derri re la vanne l nergie cin tique de l l ment d eau le plus pr s de la vanne est convertie en nergie de pression qui comprime l g rement l eau et largit la circonf rence de la conduite ce point b Cette action est r p t e par les l ments d eau suivants c et le front de l onde de surpression long
24. J Osborne New Concepts in Fish Ladder Design Four volumes Bonneville Power Administration Project 82 14 Portland Oregon 1985 Department of Energy Washington USA Development of a More Fishtolerant Turbine Runner D O E ID 10571 Dulas Ltd Machynilyth Powys Wales SY20 8SX E mail dulas gn apc org Static screening systems for small hydro HIDRENERGIA 97 Conference Proceedings page 190 James J Strong Innovative static self cleaning intake screen protects both aquatic life and turbine equipment HYDRO88 Conference papers D R Lambert A Turpenny J R Nedwell The use of acoustic fish deflection systems at hydro stations Hydropower amp Dams Issue One 1997 234 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 8 ANALYSE ECONOMIQUEI1 8 1 Introduction Un investissement dans une petite centrale hydro lectrique entra ne un certain nombre de d penses r parties sur toute la vie du projet et procure aussi des revenus distribu s sur la m me dur e de vie Les d penses incluent des co ts fixes le co t de l investissement des co ts d assurance les taxes autres que les taxes sur les b n fices etc et des co ts variables frais de fonctionnement et de maintenance la fin de vie du projet en g n ral limit e la p riode d autorisation administrative la valeur r siduelle sera g n ralement positive m me si dans certains cas les autorisat
25. Les d versoirs et les vacuateurs sont d crits plus en d tail dans le chapitre 5 3 Un ancien type de barrage toujours d actualit est le barrage en ma onnerie Il domina la p riode de pr industrialisation et utilisait les techniques de construction de l poque La structure en 101 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 ma onnerie avait pour but la reprise des efforts comme pour un barrage poids en b ton L tanch it tait assur e l amont de la structure en ma onnerie par exemple par un rev tement de planches de bois verticales La figure 5 3 illustre ce type de construction Dans de nombreux cas ces barrages sont comparables aux digues enrochements dont ils partagent de nombreuses caract ristiques avantageuses Figure 5 52 Barrage ma onn masque amont vertical en b ton Barrages en bois Bien que de plus en plus rares ces barrages se rencontrent encore quelques fois malgr leur dur e de vie limit e Les deux types de constructions sont repr sent s sur la figure 5 4 Figure 5 53 Barrages en bois 5 2 4 Charges et stabilit des barrages de b ton La figure 5 5 repr sente les efforts types pouvant agir sur les barrages en b ton H indique les contraintes horizontales et V les contraintes verticales Les contraintes horizontales sont 1 pression lat rale de l eau pression du sol ou des d p ts de s diments pression d
26. Niveau d une rivi re Cote relative de la surface du plan d eau p Nombre de Reynolds Param tre sans dimensions utilis dans les calculs de perte de charge dans les conduites forc es et qui d pend du diam tre de conduite de la vitesse de l coulement de la masse volumique et de la viscosit cin matique du fluide Parall le en Terme utilis pour indiquer qu une unit de production fonctionne en connexion avec l alimentation de secteur de mani re synchrone la m me fr quence Passe poissons Structure permettant aux poissons migrateurs de remonter le cours d eau Les passes sont g n ralement constitu es de bassins successifs entre lesquels la diff rence de cote du plan d eau est d environ 30 cm Un d bit descendant de bassin en bassin attire le poisson vers l tage sup rieur PCH Petite centrale hydro lectrique g n ralement de puissance inf rieure 10 MW PEHD Poly thyl ne de haute densit Poisson anadrome Poisson par exemple le saumon qui remonte les rivi res partir de l oc an certaines saisons pour se reproduire Productible Quantit d nergie que peut produire une centrale Production Quantit de courant ou d nergie selon la d finition d livr e par une centrale Puissance Taux d nergie produit transport ou consomm par unit de temps Mesur en Joules sec ou watts 1 MW 1 j s La puissance lectrique est mesur e g n ralement en k
27. Si celui ci est tr s perm able sable la capacit d infiltration sera lev e et le cours d eau sera en grande partie aliment par des eaux souterraines Le sol joue en ce cas un r le de r gulateur Si celui ci est imperm able roche c est l inverse qui se produit Les bassins ayant une perm abilit lev e vont par cons quent avoir des d bits r guliers et peu fluctuants en comparaison avec les bassins rocheux o les variations seront importantes et l incidence des pr cipitations beaucoup plus directe Au Royaume Uni par exemple les sols ont t class s en 29 groupes repr sentant diff rentes propri t s physiques et hydrologiques On parle alors de classification hydrology of Soil Type HOST ou Hydrologie des Types de Sols En mesurant la surface des zones correspondant chaque cat gorie l int rieur du bassin versant un index de d bit de base peut tre d termin Connaissant cet index pour un bassin 1l est ensuite possible de s lectionner une courbe standardis e de d bits class s En multipliant les ordonn es de la courbe s lectionn e par le d bit moyen Qm on obtient la courbe des d bits class s sp cifique au site S1 l on se r f re par exemple l Espagne la distribution des sols est identifi e partir de la Carte de Sols des Communaut s Europ ennes CEC 1985 elle m me bas e sur la Classification mondiale des sols FAO UNESCO Soil Classification of the World Dix neuf t
28. dans les canaux 47 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 2 22 Diagramme de Moody Coefficient des frottement pour un coulement dans une conduite Diagramme de Moody 42 2a Ir Rer D i F L WEAMONMIANMENN ALNM NAA E E n Bi Zone de turbulence compl te conduites rugueuses mm pi i FL IE m Eee HERO RS Res SUITE S IEEE SRE BREL E nia A prises Ar LL Eg 7 n NA Coefficient de frottement f rugosit relative 48 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets Figure 2 23 Repr sentation d une onde de pression dans une conduite vanne a k C e e e EM PP pouss e positive ES p p Pression statique fonction de la profondeur uniquement P lt P pression n gative Avec l autorisation de A R Inversin auteurr de Micro Hydropower Sourcebook E ESHA 2005 49 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Bibliographie 1 N H C Hwang and Carlos Hita Fundamentals of Hydraulic Engineering Systems Prentice Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1987 2 F H White Fluide Mechanics MacGraw Hill Inc USA 3 A Piqueras Evacuacion de Broza en Castillan ESHA Info n 9 Et 1993 4 L Allievi The theory of waterhammer Transactions ASME 1929 5 H Chaudry Applied Hydraulic Tra
29. e Centrale moyenne chute 30 100 m e Centrale basse chute 2 30 m Cette classification n est pas rigide mais permet de d finir la cat gorie des sites Elle correspond de plus des types de machines diff rents Parmi les applications nous pouvons citer e Les centrales au fil de l eau e Les centrales de pied de barrage e Les centrales int gr es dans un canal ou un syst me d approvisionnement en eau 1 3 1 Am nagements au fil de l eau Dans les am nagements au fil de l eau la turbine produit de l lectricit partir de l eau disponible pr lev e dans le cours d eau Lorsque le d bit du cours d eau descend sous le d bit technique minimum n cessaire au fonctionnement de la turbine quipant la centrale la production cesse Les am nagements de moyennes et hautes chutes utilisent des seuils pour d river l eau vers la prise d eau L coulement est alors dirig vers les turbines par une conduite en charge ou conduite forc e Les conduites forc es tant ch res elles sont essentiellement utilis es dans les am nagements haute chute dont la puissance peut tre lev e bien que le d bit soit faible Une solution permettant de limiter les co ts figure 1 1 consiste transporter l eau par un canal faible pente longeant le cours d eau vers une chambre de mise en charge puis par une courte conduite forc e vers les 12 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alis
30. es partir d un bateau maintenu par un c ble pour des raisons de stabilit particuli rement en cas de crue on aura recours un c ble de jJaugeage plus l ger pour d terminer une position horizontale dans la section transversale Etant donn qu un bateau avec au moins deux occupants et un moulinet suspendu offre une prise importante au courant le c ble devra tre fix fermement aux berges par exemple de grands arbres Pour des rivi res tr s larges on peut galement utiliser des c bles a riens auxquels est suspendu le moulinet ou une cabine de mesure Les profondeurs doivent toujours tre mesur es au moment de l observation de la vitesse tant donn qu un profil peut changer de mani re significative durant une crue Les observateurs doivent galement se rappeler des r gles l mentaires observer le niveau avant et apr s la mesure du d bit observer la pente du cours d eau par des mesures pr cises du niveau aussi loin en aval et en amont du site de jaugeage que possible jusqu 500 m environ dans chaque direction Lorsque la vitesse d eau augmente par exemple lors de crues le moulinet lest suspendu un c ble va avancer progressivement en aval Sa position dans ces conditions peut tre d termin e de mani re raisonnablement pr cise si l angle de c ble est mesur On peut augmenter le lest mais seulement dans une certaine limite Des perches peuvent tre utilis es pour suspendre le
31. es d ligibilit Propri t m Management CT L gal Management 0 1 GWh 2005 L gal Management 0 1 GWh CT Propri t l gal Reg Cu 0 Management Reg 20 L gal 2003 Propri t 1998 Propri t 1998 Propri t Source Second rapport de r f rence sur la mise en uvre du march int rieur d lectricit et de gaz Document de travail du personnel de la Commission SEC 2003 448 N N N a a a D D Un U 7 7 ga ga 7 ga Reg EE g Reg N 2 N D D U A 7 Q ue ga 7 ga N U9 Bibliographie l Document de travail de la Commission europ enne Electricity from renewable sources and the internal electricty market 2 Rapport ECN Renewable electricity policies in Europe Country fact sheets 2003 j Directive 2003 54 CE concernant les r gles communes pour le march int rieur d lectricit et Directive d annulation 96 92 CE 4 Document de travail du personnel de la Commission Second benchmarking report on the implementation of the internal electricity and gas market SEC 2003 448 5 Directive 2001 77 CE sur la promotion de l lectricit produite partir de sources d nergies renouvelables sur le march int rieur de l lectricit Par Francis Armand f ADEME Gema San Bruno ESHA et Celso Penche ESHA Une partie des informations pr sent es dans ce chapitre sont tir es du manuel fran ais Gu
32. est qu ils n excluent pas 100 de poissons tandis que les crans m caniques ayant un espacement de leurs barreaux suffisamment faible y parviennent Des rendements typiques pour des barri res de comportement s chelonnent de 50 90 en fonction du type et des conditions d environnement et de centrale La plupart des poissons p n trant dans la barri re ont tendance passer travers la turbine les exposant un risque Figure 7 131 Barri re poissons bioacoustique sul m poisson descendant le cow ant passe poissons d rivation retour de poisson rer ET de bulles 0 20re Tet dar centrale prise deau Des trajectoires de d rivation doivent tre pr vues pour guider les poissons vers une zone sans danger partir de la zone de r pulsion sonore Les crans au niveau de l entr e de la prise d eau ne n cessitent aucun circuit de retour car les poissons sont entra n s par le courant et retournent naturellement vers le cours d eau par dessus le d versoir trajet dangereux quoique moins dommageable que le passage travers les turbines De mani re surprenante des d versoirs lev s ne sont pas n cessairement plus dangereux pour les poissons que des d versoirs plus bas La vitesse limite de chute comme d montr e par la chute de saumons partir d h licopt res dans un r servoir est atteinte des valeurs d environ 30 m tres de chute Eicher mentionne qu un d versoir qui projette
33. fet Si le pr fet accepte le projet 1l fait passer un arr t d cidant d une enqu te publique Apr s r ception de l avis du Conseil g n ral des maires et de tous les services concern s un droit d usage de l eau est r dig et propos par le SPE Le pr fet prend une d cision finale S 1l accepte il signe un arr t d autorisation et les travaux sont ex cut s A la fin des travaux l quipement est v rifi et l accord de l autorit publique est donn dans un proc s verbal de r colement 9 3 2 3 Raccordement au r seau Selon la loi du 10 f vrier 2000 et de ses arr t s le r seau a l obligation d achat de l lectricit produite par les centrales E SER d une capacit inf rieure 12 MW Cependant le promoteur doit d montrer qu il ne peut pas vendre sa production un bon prix un autre client et doit r diger une demande d acc s au r seau Pour des capacit s inf rieures 10 MW le raccordement se fait sur le r seau de distribution basse tension Pour des capacit s sup rieures 10 MW la centrale est raccord e au r seau de transport de l lectricit haute tension En parall le le promoteur doit suivre deux proc dures e Une demande d autorisation d exploitation de la centrale est adress e au minist re en charge de l nergie arr t 2000 877 du 7 septembre 2000 e Un certificat d obligation d achat doit tre demand la Direction R gionale de l Indu
34. lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Tableau 9 36 Droits pour l utilisation de l eau en UE 15 Pays Droits de concession pour l utilisation de l eau Dur e de validit de l autorisation Belgique lt MW les provinces Ind termin e gt 1 MW identique Minist re de l nergie 33 99 ans Minist re de l nergie Ind termin e Allemagne L nder 30 ans Minist re de l nergie 10 ans renouvelables Espagne Autorit de bassin except pour quelques rivi res en 25 ans 15 de gr ce Catalogne et Galice France lt 4 5 pr fecture de d partement gt 4 5 Etat En pratique jusqu 40 ans pas de n cessit Droits riverains en vigueur permanent Italie lt 3 MW autorit s r gionales gt 3 MW Minist re de l Industrie Luxembourg Minist res de l Agriculture des travaux publics de ind termin e l environnement amp de l emploi autorit s locales Comit s nationaux et locaux des eaux au minimum 20 ans Autriche lt 200 KW Gouvernements locaux habituellement 30 ans gt 200 kW Gouvernements nationaux possible plus 60 90 ans Portugal DRARN Autorit R gionale pour les ressources 30 ans renouvelables Environnementales et Naturelles Su de Instance juridique en charge des questions sur l eau Perp tuel 30 ans Water Court R U Agence pour l environnement Angleterre amp Pays de Galle 15 ans Non exig en Ecosse si P lt 1 MW Ind termin e en Ecosse S
35. m s par la chute nette correspondante m par le rendement de la turbine par la masse volumique de l eau et par l acc l ration de la pesanteur voir chapitre 6 2 Les aspects techniques li s aux turbines et autres quipements sont pr sent s de mani re compl te dans le chapitre 6 p e courbes de rendement des turbines disponibles sur le march en fonction du d bit Le tableau 3 2 donne le d bit technique minimum pour les diff rents types de turbines en pourcentage du d bit nominal Ces limites sont indicatives 70 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Tableau 3 8 D bit technique minimum des turbines Type de turbine ae de Qnominai Francis Kaplan simple r glage CS Kaplan double r glage 3 6 1 Variation de la chute en fonction du d bit et impact sur la puissance de la turbine Selon le d bit de la rivi re et le d bit traversant les turbines la chute nette peut varier de mani re importante Le niveau d eau amont peut varier avec le d bit En cas de fort d bit de la rivi re le niveau d eau amont peut varier particuli rement s il est simplement contr l par un d versoir sans possibilit de r gulation sans vannes A l inverse ce niveau sera minimum en p riode de bas d bit de la rivi re Les pertes de charge dans le syst me d adduction varient avec le carr du d bit Il en r sulte que plus le d bit turbin est important p
36. n fices non nuls au fil du temps font appara tre les projets de longue dur e comme plus attractifs 8 4 2 2 Rapport b n fice co t La m thode de b n fice co t ou enrichissement relatif en capital compare la valeur actuelle des b n fices de la centrale et les investissements Elle compare les flux des recettes avec le flux des d penses Les projets ayant un rapport inf rieur 1 sont g n ralement cart s Le ratio Rw est le suivant R E o r x U UntMn On Er 0 r so O les param tres sont les m mes que dans 8 5 8 4 2 3 Taux de rentabilit interne TRI La m thode du taux de rentabilit interne TRI permet de prendre en compte la valeur temporelle de largent Elle d termine principalement le taux d int r t qui quilibre sur la dur e du projet prise 243 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 en compte les recettes et d penses correspondantes calcul es annuellement Une fois le TRI connu il peut tre compar aux taux correspondants d autres projets ou investissements S1 le taux de rentabilit interne est inf rieur au taux de l emprunt utilis pour le projet le projet entra nera une perte d argent De plus un promoteur insistera g n ralement sur le fait que pour qu un projet soit rentable le TRI doit tre sup rieur au co t de l emprunt d au moins quelques points de pourcentage afin de compenser le risque le tem
37. ne vo aoo 18 3 8 2 Analyse statistique des donn es de crues Il existe essentiellement deux m thodes pour d finir une crue de projet e Analyse statistique des relev s de d bit du cours d eau e Mod lisation hydrologique du bassin versant L analyse statistique est g n ralement utilis e pour les structures peu importantes pr sentant un faible risque sur la vie et sur la soci t en cas de probl me Une mod lisation hydrologique est n cessaire pour des barrages importants et potentiellement dangereux en cas de d faillances L objectif d une telle mod lisation est de d terminer une crue maximum probable pour dimensionner le barrage et le d versoir 75 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 L analyse de fr quence est une m thode statistique pour calculer la probabilit d un v nement bas sur une s rie d v nements ant rieurs La technique pour valuer la p riode de retour de d bit est simple et bas e sur des enregistrements de d bits annuels maxima Pour l valuation 1l est n cessaire de choisir une distribution de probabilit correspondant au ph nom ne que l on d sire tudier En g n ral une distribution de type LogPearson IIT est recommand e puisqu elle permet des distributions de probabilit non sym trique autour de la valeur moyenne ce qui est souvent le cas en hydrologie Toutefois la distribution log normale est toujours larg
38. nergie hydraulique de la petite centrale hydro lectrique europ enne d pend du cadre l gal en vigueur en UE Il existe principalement deux documents l gaux pr pond rants e Directive 2001 77 CE pour la promotion de l lectricit produite partir de Sources d Energies Renouvelables SER connue comme la Directive E SER Elle fixe le cadre l gal applicable dans tous les Etats Membres pour la promotion d lectricit produite partir de SER tablissant un but ambitieux de doublement de la contribution de SER la consommation int rieure brute en 2010 dans l UE e Directive 2003 53 CE concernant les r gles communes pour le march int rieur de l lectricit tablissant les r gles pour la production le transport la distribution d lectricit et son alimentation Elle fixe les r gles concernant l organisation et le fonctionnement du secteur de l lectricit l acc s au march et l exploitation des syst mes Dans ce cadre l gal 1l existe trois aspects qui concernent le secteur de l nergie hydraulique de la petite centrale hydro lectrique en particulier 1 objectifs fix s dans la l gislation et difficult de les atteindre 11 structures tarifaires et sch ma de soutien en vigueur et leur rendement et 111 barri res toujours existantes malgr le nouveau cadre l gal favorable A 1 OBJECTIFS La Directive E SER tablit les cibles indicatives nationales pour la contribution d lectric
39. nergie hydraulique en nergie m canique puis renvoie l eau vers l aspirateur Figure 6 91 Principe de fonctionnement des directrices du distributeur 160 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Photographie 6 36 Cercle de vannage de turbine Francis axe horizontal Photographie 6 37 Roue Francis Pour les petites centrales hydro lectriques les roues sont g n ralement r alis es en fonderie en acier inoxydable Quelques constructeurs utilisent galement des bronzes d aluminium Des solutions de roues aubage soud sont galement possibles De mani re g n rale les roues sont mont es en porte faux sur l arbre du g n rateur L aspirateur appel galement diffuseur d une turbine r action a pour but de r cup rer une partie de l nergie cin tique restant dans l eau quittant la roue Celle ci tant proportionnelle au carr de la vitesse on cherche donc r duire la vitesse de sortie de la turbine Un aspirateur efficace doit comporter une section conique l angle ne devant cependant pas tre trop grand afin d viter tout risque de d collement de l coulement L angle optimum est de 7 mais pour r duire sa longueur et par cons quent son co t certains angles peuvent atteindre 15 161 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Plus la chute est basse plus l aspirateur est impo
40. ouverture ou la fermeture de dispositifs tels que le distributeur ou les pointeaux contr lant le d bit Dans le cas o le d bit disponible de la rivi re serait sup rieur au d bit d quipement de la centrale 1l est en outre possible de contr ler le niveau de la retenue par l ouverture ou la fermeture de ses vannes Dans des am nagements connect s un r seau isol ou un r seau de faible puissance relativement celle de la centrale outre le contr le du d bit en fonction de l eau disponible on devra galement r guler la vitesse de roue dont d pend la fr quence du courant produit Si le g n rateur est surcharg forte demande sur le r seau la turbine ralentit Au contraire elle acc l re lorsque le r seau est d charge Il existe deux approches pour maintenir la vitesse de la roue constante soit en suivant les variations de charge soit en maintenant la charge lectrique constante en agissant sur une charge lectrique de ballast variable 189 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Dans la premi re approche la r gulation de vitesse fr quence est habituellement effectu e en variant le d bit et en adaptant ainsi la production la charge demand e On travaillera en agissant sur la commande des organes de r gulation de d bit actionnant ainsi les servomoteurs des directrices ou pointeaux L ouverture de ces organes est contr l e par un asservissement in
41. projet laquelle la centrale doit tre capable de r sister Celle ci n est pas seulement caract ris e par sa valeur de d bit de pointe mais aussi par son hydrographie compl te c est dire la distribution des d bits en fonction du temps durant cet v nement 3 8 1 Crues de projet Il est tr s important de faire la distinction entre la crue entrante et la capacit des d versoirs ceci compte tenu de l effet amortisseur non n gligeable que peut avoir un r servoir Pour des barrages haut risque on consid re g n ralement deux crit res diff rents e La crue de projet maximum que les quipements doivent pouvoir supporter sans risque d incidents majeur sur le barrage ou autres dommages s rieux sur les autres structures Cette crue est g n ralement d finie comme crue maximum probable e La crue de projet permettant un fonctionnement normal que les quipements doivent pouvoir supporter_sans sortir des conditions normales de fonctionnement Cette crue est g n ralement d finie comme ayant une p riode de retour sp cifique Par contre pour des barrages faible ou moyen risque les sp cifications ne prennent souvent pas en compte les effets amortisseurs du r servoir Elles indiquent que la capacit de d versoir doit tre sup rieure au d bit de pointe d une crue d une p riode de retour donn e typiquement entre 100 et 1 000 ans Les sp cifications concernant la crue de projet sont habituellement pr
42. ralement plus co teuses que les structures fixes qu il s agisse de la construction ou de la maintenance Leur fonctionnement est galement plus complexe Figure 5 55 Structures de d versoirs fixes et mobiles Structure fixe niveau d eau cr te de d versoir bassin de dissipation d nergie face de d versoir niveau d eau protection contre l rosion cran imperm able Structure mobile niveau d eau vanne secteur pile bassin de dissipation d nergie niveau d eau brotection contre l rosion cran imperm able 5 3 1 D versoirs Les d versoirs peuvent tre construits de mani re perpendiculaire angulaire ou lat rale par rapport laxe de la rivi re La configuration la plus r pandue est la cr te de d versement rectiligne et perpendiculaire l axe de la rivi re Pour des niveaux d eau en aval relativement bas le d versoir contr le l coulement et d finit la relation entre le niveau amont et le d bit Diff rentes relations math matiques entre le niveau et le d bit sont donn es dans la figure 5 7 en fonction du type de d versoir Le d versoir en paroi mince est facile construire et relativement conomique Le d bit est d fini au moyen d un coefficient Ca qui lui est propre Une attention particuli re doit tre port e la forme de la face en aval de
43. ration en transportant l eau par une conduite en charge depuis un r servoir d eau amont Lorsque les diff rences d altitude entre la chambre de captage ou la chambre de mise en charge et l usine de traitement ou le r servoir de t te de r seau sont importantes la pression exc dentaire est habituellement dissip e dans des vannes brise charge L installation d une turbine l extr mit de la conduite permet de valoriser cette pression en la transformant en lectricit Comme pour tout organe de r gulation de d bit par exemple vannes flotteurs install sur une conduite forc e 1l conviendra d tre attentif au ph nom ne de coup de b lier particuli rement lorsque la turbine est install e sur une conduite existante en charge Pour assurer la continuit de l alimentation en eau en cas d arr t de la turbine maintenance d bit entrant insuffisant etc 1l convient d installer un syst me de by pass automatique Comme la turbine ce dispositif prend alors le relais et fonctionne galement comme organe de r gulation de d bit asservi au niveau de la chambre de mise en charge ou du r servoir amont Enfin 1l est possible d installer un by pass auxiliaire s ouvrant rapidement par l interm diaire d un contrepoids lequel ne permet alors plus aucune r gulation Toutes les manoeuvres d ouverture et de fermeture des vannes doivent cependant tre r alis es assez lentement de mani re maintenir le
44. res sp cifiquement r alis es dans les bajoyers et permettant d isoler et ass cher les parties aval ou amont pour maintenance Canal d amen e Canal ouvert faible pente qui achemine l eau depuis la prise d eau de la rivi re jusqu une chambre de mise en charge s il existe des conduites forc es l aval ou directement vers la centrale pour des am nagements de basse chute Canal de fuite Canal de d charge situ apr s la turbine et qui rejoint le cours d eau Cavitation Ph nom ne de vaporisation de l eau basse pression caract ris par la formation de bulles de vapeur qui clatent instantan ment en provoquant des chocs contre la structure aubes de turbine entra nant parfois de s v res d gradations des mat riaux Chambre de mise en charge Bassin d eau habituellement situ entre l extr mit aval du canal d amen e et le d but de la conduite forc e qui m ne la centrale et permettant d viter l intrusion d air dans les structures sous pression conduites Chute brute Diff rence d altitude entre les plans d eau de la prise d eau et de la sortie de l aspirateur voir Aspirateur Chute nette Chute disponible pour une g n ration d nergie par la turbine d finie comme la chute brute diminu e de toutes les pertes de charge dans les grilles prises d eau conduites vannes aspirateurs et canaux de fuite Condensateur Dispositif di lectrique qui absorbe et
45. riode durant laquelle la mesure a t effectu e La mesure de la d nivellation exige un relev rigoureux Les r sultats obtenus en utilisant un niveau de g om tre et une mire sont assez pr cis mais les r centes avanc es dans les appareils de topographie lectroniques rendent le travail plus simple et plus rapide Tracer une courbe de d bits class s sur un site jaug est facile En revanche pour tracer cette courbe sur un site non jaug une comp tence en hydrologie est n cessaire Dans le chapitre 3 diff rentes m thodes de mesure de d bit d un cours d eau sont analys es et des mod les hydrauliques pour calculer le r gime hydraulique sur des sites non jaug s sont pr sent s Le chapitre 4 pr sente les techniques telles que l orthophotographie les SER les SIG la g omorphologie la g otectonique etc utilis es de nos jours pour les valuations de sites qui r duisent des probabilit s de difficult s ult rieures li es au terrain Quelques unes de ces difficult s sont analys es et des indications sur la mani re dont elles auraient pu tre vit es sont d crites Les m thodes de conception des ouvrages hydrauliques sont pr sent es dans le chapitre 5 Les seuils canaux d versoirs prises d eau et conduites forc es sont tudi s en d tail Le chapitre 6 traite des quipements lectrom caniques utilis s pour transformer l nergie potentielle hydraulique en lectricit La conception
46. servoir de 60 000 m e Un canal coulement libre de 2475 m de long dont 776 m en galerie e Un bassin de mise en charge l extr mit du tunnel e Une conduite forc e de 1 4 m de diam tre et de 650 m de long pour une d mivellation de 190 m e Une centrale Figure 4 39 Repr sentation sch matique du site D gt zZ barrage N bassin d A en charge r servoir ns canal SL un EE A DS DN Er conduite forc e rivi re J centrale 4 3 2 1 Le barrage Des r glementations internationales exigent une analyse de stabilit du sol sur lequel reposeront les fondations en cas de faille potentielle ou de glissement Si n cessaire des forages suppl mentaires peuvent tre demand s La figure 4 2 montre l emplacement du barrage et illustre les structures enti rement diff rentes des deux rives celle de gauche plus raide est form e de bandes de schiste verticales tandis que celle de droite moins raide est une formation colluviale 82 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 4 40 Emplacement du barrage et structures des deux berges barrage rivi re Cares m terrasse alluviale O 20 40 m m sur l Dor formation colluviale schistes carbonif res La figure 4 3 illustre la complexit g ologique du site Le forage B 1 indique par exemple l exi
47. sont indiqu es dans le tableau 2 1 Tableau 2 1 Rugosit e pour diff rentes conduites du commerce Mat riau de conduite e mm Poly thyl ne 0 003 Fibre de verre avec poxy 0 003 Acier commercial sans soudure nouveau 0 025 Acier commercial sans soudure l g rement rouill 0 250 Acier commercial sans soudure galvanis 0 150 Acier soud 0 600 Fer de fonderie maill 0 120 Ciment amiant 0 025 Bois douvain 0 600 B ton coffrages m talliques avec joints lisses 0 180 Il est bien connu que m me dans des coulements turbulents proximit imm diate de la paroi il existe une tr s fine couche d coulement dite sous couche laminaire Lorsque R augmente l paisseur de la sous couche diminue Lorsque la valeur de la rugosit e est nettement plus faible que l paisseur de la sous couche la conduite est consid r e comme hydrauliquement lisse Dans un coulement en conduite lisse le coefficient de frottement f n est pas affect par la rugosit de surface de la conduite et Von Karman a d termin l quation suivante pour le coefficient de frottement f 2 7 25 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Avec des nombres de Reynolds lev s la sous couche devient tr s mince et le facteur de frottement f ne d pend plus de R mais uniquement de la rugosit relative Dans ce cas la conduite est une conduite hydrauliquement rugueuse et Von Ka
48. 1 748 048 838 953 264 357 574 596 2 322 644 830 564 264357 566 207 2 888 851 822258 264357 557 901 3 446 752 814036 264357 549 679 3 996 430 805 895 264357 541 538 4 537 968 797 836 264357 533 479 5 071 448 789 858 264357 525 501 5 596 948 781959 264357 517 602 6114551 774 140 264357 509 783 6 624 333 766398 264357 502 041 7 126 375 758 734 264357 494 377 7 620 752 751 147 264357 486 790 8 586 820 743 636 264357 479 278 9 058 662 736 199 264357 471 842 9 523 142 728 837 264357 464 480 Calculer le cash flow ou flux de tr sorerie annuel si l investissement est financ avec les hypoth ses suivantes e 8 de taux d actualisation e dur e de d veloppement de 4 ans e recettes et d penses calcul es la fin de l ann e e environ 70 de l investissement financ par la banque dette senior avec un d lai de gr ce de 2 ans p riode de financement de 12 ans pr t long terme e taux d int r t bancaire de 10 e dur e de vie du projet de 30 ans 247 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 L objectif du calcul donn dans le tableau 8 6 est d illustrer un cas pratique pouvant servir de base pour l analyse d autres projets avec diff rents niveaux de recettes et diff rents co ts 8 4 3 3 Analyse financi re d am nagements hydro lectriques construits en Europe Dans le tableau 8 7 des am nagements hydro lectriques europ ens ont t analys s
49. 2 23 O c vitesse de l onde m s k module de compressibilit de l eau 2 2 x 10 N m p masse volumique de l eau 1 000 kg m D diam tre interne de la conduite m E module d lasticit du mat riau de conduite N m t paisseur de la conduite mm S1 la vanne est d j ferm e lorsque l onde de pression est sur son chemin de retour t lt T toute l nergie cin tique de l eau sera convertie en surpression et sa valeur en m tres de colonne d eau est AP Eny PE E 2 24 o AV est la variation de vitesse de l eau Dans des cas pratiques AV peut tre suppos e gale la vitesse d coulement initiale V Toutefois si t est sup rieure Tc londe de pression atteint la vanne avant que la vanne ne soit enti rement ferm e la surpression ne se d veloppera pas enti rement parce que l onde n gative r fl chie arrivant au niveau de la vanne compensera l augmentation de pression Dans ce cas la surpression maximum peut tre calcul e par la formule d Allievi simplifi e galement connue sous le nom de formule de Michaud AP 2L AY pg gt 2 25 o L longueur totale de conduite m AP pg diff rence de pression entre la pression statique initiale P pg et la pression maximum atteinte dans la conduite m de colonne d eau 39 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 t dur e de fermeture s La pression d
50. 2 France La r glementation fran aise distingue les projets de moins de 4 500 kW et ceux de plus de 4 500 KW Les premiers n cessitent une autorisation d livr e par le pr fet repr sentant local du gouvernement La proc dure est d crite ci dessous Lorsqu il y a des difficult s ce processus peut durer de cinq dix ans Suite la Directive 2001 77 CE le gouvernement fran ais a organis un d bat sur la simplification des proc dures dans les projets SER D sormais pour les PCH la proc dure ne doit pas d passer deux ans Les projets de plus de 4 500 kW n cessitent une concession qui est d livr e par le Conseil d Etat Elle a une dur e maximale de 75 ans et peut tre renouvel e par p riodes de trente ans Alors que l autorisation peut tre pr caire et ventuellement annul e sans indemnit s en cas de d fense nationale s curit publique etc la concession offre l avantage d un statut d utilit publique cependant sa proc dure est plus lourde Ces projets n cessitent un haut degr de sp cialisation aussi la proc dure de concession n est pas pr sent e dans ce manuel 9 3 2 1 Rivi res class es Un point important du r glement fran ais est qu une partie du r seau de rivi res class par arr t en r f rence la loi du 16 octobre 1919 est interdit l usage nerg tique Le monteur de projet devra donc d abord v rifier si le site auquel 1l s int resse n est pas cl
51. A noter que les co ts d investissement et les tarifs de vente de l lectricit correspondent tous les deux la r alit en 1991 et ne refl tent pas n cessairement la situation actuelle Tableau 8 34 Analyse financi re d am nagements r els en Europe Allemagne France Irlande Portugal Espagne D bit nominal 0 3 0 6 15 2 104 Hauteur de chute 47 400 3 5 117 5 brute Type de turbine Francis Pelton Kaplan Francis Kaplan Capacit install e 110 1900 430 1630 5000 Co t 486 500 1297 400 541 400 1148 000 5578 928 d investissement Heures de 8 209 4 105 8 400 4012 2 150 fonctionnement Production 903 7 800 3 612 6 540 15 750 annuelle Tarif 76 13 53 65 23 23 53 54 63 82 68 745 418 443 83 907 350 128 1 005 165 19 850 51 984 25 176 22 960 157 751 4 08 4 01 4 65 2 00 2 83 48 895 366 459 58 731 327 168 847 414 Co t kW 1 259 d immobilisation Co t MWh 150 d immobilisation Temps de retour An 3 54 9 22 3 51 6 58 brut VAN 2 649 850 115910 2375270 3 739 862 TRI 28 23 10 33 28 49 14 99 Ratio B C DD 1 16 2 82 1 64 Les montants ont t calcul s en utilisant un taux d actualisation de 8 sur une dur e de vie de 30 ans On peut voir que les ratios d investissement par kW install ou par MWh annuel produit diff rent beaucoup d une centrale l autre Les co ts r els de g nie civil et de l quipement lectrom canique varient d un pays l autre Les exigences environnementales affecta
52. AE ES ewm DE f m ES ES Game fr ue fu 6 Royani a as eme us Source Second rapport de r f rence sur la mise en uvre du march int rieur d lectricit et de gaz Document de travail du personnel de la Commission SEC 2003 448 quilibre du r seau un autre probl me important pour garantir un acc s au r seau quitable est centr sur les conditions associ es l quilibre du r seau L quilibre est r alis par l op rateur du syst me de transmission Transmission System Operator TSO qui facture habituellement les utilisateurs pour une fourniture en fonction de la demande ou pour le fait qu il dispose d une r serve d nergie Les conditions sont importantes pour les nouveaux entrants puisqu ils ont souvent un portefeuille de clients plus mince et le risque de d s quilibre est habituellement plus lev Dans la plupart des Etats membres le prix d quilibrage de l lectricit est maintenant tabli sur la base des principes du march avec la m thodologie utilis e et approuv e par le l gislateur Dans d autres cas les prix sont soumis une r glementation directe Toutefois en Belgique et au Luxembourg 1l appara t que le r seau contr le l quilibre sans aucune intervention r glementaire ou un processus de march et l vidence cela rend les conditions d favorables pour les nouveaux entrants e S curit d alimentation L introduction de concurrence dans les march s
53. Am nagement de basse chute utilisant un barrage existant niveau d eau amont Entr e canal de fuite conduite d vacuation Sinon pour autant que le barrage ne soit pas trop haut un syst me en siphon peut tre install Des am nagements de ce type figure 1 5 fournissent une solution l gante pour des d nivellations jusqu 10 m tres et pour des groupes de puissance inf rieure 1 000 KW bien que des exceptions existent par exemple en Su de 1IMW ou aux USA 30 5 m La turbine peut tre situ e au sommet du barrage ou sur le parement aval Le groupe peut tre livr pr mont sur le site et install sans modification importante du barrage Figure 1 5 Am nagement de basse chute montage en siphon nn ka bn G nerateur turbine 4 niveau d eau amon niveau d eau aval ent e Ed 15 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 1 3 3 Am nagements int gr s dans un canal d irrigation Deux types d am nagements peuvent tre con us pour exploiter une d nivellation dans un canal d irrigation e Le canal est localement agrandi pour installer la prise d eau la centrale lectrique le canal de fuite et le by pass lat ral La figure 1 6 repr sente un am nagement de ce type avec une centrale immerg e quip e d une turbine Kaplan et un multiplicateur renvoi
54. Bas Autriche Portugal Finlande Su de Royaume Uni ESHA 2005 6 41 prix moyen pond r e 4 6 prix d lectricit sur le march 10 0 associ s aux certificats verts 3 1 prix de march de l lectricit 2 5 prime uniquement pour les centrales au dessous de 3 MW 3 3 prix de march 6 8 prime Centrales anciennes 1 GWh 5 68 1 4 GWh 4 36 4 14 GWh 3 63 14 24 GWh 3 28 24 GWh 3 15 Nouvelles centrales Centrales reconstruites ayant une augmentation de production gt 15 1 GWh 5 9 1 4 GWh 4 58 4 14 GWh 3 81 14 24 GWh 3 44 24 GWh 3 31 Centrales reconstruites ayant une augmentation de production gt 50 1 GWh 6 25 1 4 GWh 5 01 4 14 GWh 4 17 14 24 GWh 3 94 24 GWh 3 78 132 2 6 prix de march 0 42 prime si lt 1 MW subvention couvrant 30 du co t d investissement 4 9 2 3 niveau de certificat 2 6 prix de base 2 prix moyen de l lectricit sur le march de l lectricit 0 38 exon ration de la taxe sur le changement climatique 4 2 valeur de ROC Lorsqu une soci t de distribution lectrique fournit 10 d nergie renouvelable ses clients elle b n ficie des 4 2 mais si elle ne peut atteindre ce pourcentage elle doit payer les 4 2 au 250 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 gouvernement p nalit Par Jamie O Nians IT Power Gema S
55. Demande lectrique du r seau au moment de la consommation maximum Demande lectrique Somme des puissances lectriques instantan es demand es par l ensemble des clients branch s sur le r seau D versoir Barrage lent tant con u pour fournir une profondeur en amont suffisante pour une prise d eau tout en permettant l eau de passer au dessus de son sommet Ecoulement quotidien moyen Quantit quotidienne moyenne d eau passant dans une station de jaugeage sp cifique Energie Travail mesur en m tres Newton ou Joules Le terme pour l nergie lectrique g n ralement utilis est le kilowattheure kWh et repr sente la puissance kilowatts fonctionnant pendant une certaine p riode de temps heures 1kWh 3600 Joules Enrochements Mat riaux de rev tement de pierres de roche bris e ou de blocs en b ton plac s en couches et servant de protection contre l rosion Evapotranspiration Effet combin de l vaporation et de la transpiration sur les coulements de surface Facteur de charge Rapport entre l nergie annuellement produite en kWh an et la puissance install e kW multipli e par 8 766 h an Facteur de puissance Rapport entre la puissance mesur e en kilowatts kW et la puissance apparente mesur e en kilo voltamp res KVA Fonctionnement en clus es Am nagement hydro lectrique muni d un barrage cr ant une retenue dans laquelle on fait quotidiennement varier le niv
56. F m a y rS y rg m 2 31 o y la masse volumique de l eau kg m y la profondeur mesur e partir de la surface d eau libre y h Cos a h tant la profondeur d coulement par rapport au radier m V la vitesse d eau m s r le rayon de courbure du radier m g l acc l ration de la pesanteur m s Figure 2 20 distribution de pression dans des canaux ayant un lit verticalement courb 43 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 L nergie sp cifique dans une section de canal ou charge sp cifique mesur e par rapport au radier au niveau de la section est J Z E y aE a r d m 2 32 o a est un coefficient qui prend en compte la distribution de vitesse r elle dans la section de canal consid r e dont la vitesse moyenne est V Le coefficient peut varier d un minimum de 1 05 pour une distribution tr s uniforme 1 20 pour une distribution tr s peu uniforme N anmoins dans une approche pr liminaire une valeur de a 1 peut tre utilis e cette valeur tant acceptable lorsque la pente est au dessous de 0 018 1 03 d L y E y 2g m 2 33 Un canal ayant une section A et un d bit Q aura une nergie sp cifique O 1 E y 2e A m 2 34 L quation 2 34 montre que pour un d bit Q donn l nergie sp cifique dans une section donn e est uniquement fonction de la profond
57. La R alisation De Projets ESHA 2005 5 8 Canaux de fuite Apr s le passage travers la turbine l eau retourne la rivi re par un court canal appel canal de fuite Pour les turbines action 1l est n cessaire de garantir que le niveau de l eau dans le canal de fuite ne s l ve pas jusqu interf rer avec la roue de la turbine et ceci m me lors de d bits turbines lev s et en cas de crue Pour les turbines r action Francis Kaplan etc le niveau de l eau dans le canal de fuite a un impact sur le fonctionnement de la turbine et plus pr cis ment sur le ph nom ne de cavitation si le niveau aval est trop bas par rapport l axe de la turbine L implantation de la turbine sera donc d termin e en prenant en compte le niveau le plus bas et le d bit le plus important Ce niveau d termine galement la chute nette disponible point particuli rement important pour les am nagements de basse chute Bibliographie 1 http www obermeyhydro com 2 H C Huang and C E Hita Hydraulic Engineering Systems Prentice Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1987 3 British Hydrodynamic Research Association Proceedings of the Symposium on the desugn and Operation of Siphon Spillways London 1975 4 Allen R Inversin Micro Hydropower Sourcebook NRECA International Foundation Washington D C 5 USBR Design of Small Canal Structure Denver Colorado 1978a 6 USBR Hydraulic D
58. La figure 2 9 montre la valeur de K pour diff rents types de vannes Figure 2 17 Coefficients de perte de charge typiques pour un coulement travers des vannes vanne d arr t vanne papillon vanne sph rique clapet de retenue LL Kv 0 2 Kv 0 6 Kv 0 05 Kv 1 0 2 2 3 R gime transitoire Dans un r gime permanent o le d bit est suppos constant la pression appliqu e en un point quelconque le long de la conduite forc e est quivalente la hauteur d eau au dessus de ce point Si un changement brusque survient dans l coulement par exemple lorsque l op rateur de la centrale ou le syst me de commande ouvre ou ferme les vannes rapidement le changement brusque de vitesse de l coulement peut entra ner des surpressions et d pressions dangereuses L onde de pression est connue sous le nom de coup de b lier et son effet peut tre d vastateur la conduite forc e peut clater en raison d une surpression ou s craser si la pression est inf rieure celle de l ext rieur Bien que transitoire la pression induite par le ph nom ne de coup de b lier peut avoir une amplitude beaucoup plus importante que la pression statique due la hauteur d eau Selon la seconde loi de Newton la force dans la conduite forc e cons cutive un changement brusque de vitesse est F F m iE dt 2 21 Si la vitesse de la colonne d eau pouvait tre r duite z ro la force r sultante serait infinie
59. Les poissons n aiment pas entrer dans des conduites avec un contraste brusque de luminosit Des canaux ouverts sont mieux adapt s ce r le Les surfaces internes doivent tre tr s douces pour viter d ab mer le poisson Le PEHD et le PVC sont des mat riaux excellents pour les conduites de d rivation Des changements brusques de section doivent tre vit s en raison de la turbulence et des gradients de pression engendr s Dans une conduite en charge des gradients de pression n gatifs doivent tre vit s parce qu ils peuvent s rieusement endommager et m me tuer les poissons La vitesse dans les conduites ne doit pas tre trop lev e par rapport aux vitesses typiques dans un canal de mani re ne pas cr er de forces de cisaillement qui peuvent endommager le poisson Des vitesses proches de 0 8 m s sont conseill es 7 4 3 3 Sur le terrain Les canaux ouverts peuvent parfois constituer un obstacle au passage libre des animaux Pour viter cela les canaux ouverts sont aujourd hui souvent enti rement enterr s et m me rev g talis s de sorte qu ils ne puissent pas repr senter une barri re Il a t not que les animaux peuvent parfois tomber dans un canal ouvert sans aucune chance d en sortir en raison de sa section transversale rectangulaire Certaines constructions munies d chelles peuvent servir efficacement et pr sentent un co t acceptable Les autres structures de la PCH n auront pas d impact en
60. Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 e Multiplicateur engrenages coniques habituellement limit des applications de basse puissance utilisant des engrenages renvoi d angle La figure 6 32 montre un multiplicateur deux tages Le premier est un train plan taire type de multiplicateur arbres parall les le second tant un multiplicateur renvoi d angle engrenage conique e Multiplicateur courroie habituellement utilis pour les applications de petite puissance offrant de grandes facilit s de maintenance ainsi qu une grande fiabilit voir figure 6 33 Figure 6 113 Multiplicateur arbres Figure 6 114 Multiplicateur engrenages parall les coniques m ASE 1500 t min A sol de la centrale A h Eh h ih h il il H il il n n n n n T T SNS CS DS a FR xe de turbine Ton engrenage conique Es pla E plan taire l JN m FE vers multiplicateur 7 N Figure 6 115 Multiplicateur courroie Mu ktiplicateur Couroc deirmsmis sim 184 Petite Hydro lect
61. Tarifs d achat utilis s dans plusieurs Etats membres de PUE notamment l Allemagne et l Espagne ils sont caract ris s par un prix sp cifique fix pour des E SER qui doivent tre pay s par les Compagnies d lectricit habituellement les distributeurs des producteurs priv s de E SER Dans une variante du syst me le gouvernement tablit une prime fixe pour les g n rateurs de E SER pay e en plus du prix normal local de l lectricit Le prix fix ou prime fixe peut tre r vis e par le gouvernement pour refl ter des co ts en baisse de la technologie Syst mes d obligation de quotas et certificats verts Des obligations de quotas sont utilis es pour imposer une production ou une consommation d lectricit minimum partir de SER Le gouvernement fixe le cadre l int rieur duquel le march doit produire vendre ou distribuer une certaine quantit d nergie partir de sources d nergies renouvelables L obligation est impos e sur la consommation ou la production Les quotas peuvent habituellement tre commercialis s entre compagnies pour viter des distorsions du march Un Certificat Vert ou Tradable Green Certificate TGC est n cessaire pour ce syst me Celui c1 fonctionnant notamment en Irlande et aux Pays Bas et pr vu pour l introduction au Danemark et dans les Flandres les producteurs vendent l lectricit sur le march ouvert mais en m me temps re oivent un C
62. Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Photographie 7 49 Centrale La sous station est situ e l int rieur de la centrale photographie 7 11 et les c bles quittent la centrale en longeant la conduite forc e sous le tunnel au dessus du canal ouvert Pr s du village o il existe plusieurs lignes de transmission les c bles lectriques remontent la surface pour tre ensevelis nouveau lorsque la ligne traverse la pente nord o se trouve une esp ce d oiseau tr s rare l Urogayo Photographie 7 50 Sous station situ e dans la centrale Exemple de l am nagement sur la rivi re Neckar situ dans le centre historique de Heidelberg Allemagne La centrale lectrique de Neckar photographie 7 12 situ e dans le centre historique de Heidelberg a t autoris e condition qu elle n interf re pas avec l aspect de l ancien barrage construit pour rendre le fleuve navigable La centrale est enti rement ensevelie et ne peut pas tre vue des berges du fleuve La figure 7 2 montre la section transversale de cet am nagement constitu de deux turbines Kaplan en puits chacune ayant une capacit de 1 535 kW L investissement financier a t tr s important environ 3760 kW install 212 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Photographie 7 51 Centrale de Neckar F IT i IT T BAINE Mitia 7 4 3 I
63. a le statut de domaine public en Irlande et dans certains pays nordiques les droits de l eau sont r glement s selon le syst me des droits riverains Les r glementations de l utilisation des aspects nerg tiques ont t d velopp es durant le 20 si cle avec le d veloppement de l lectricit Par exemple l Article 1 de la loi fran aise du 16 octobre 1919 sp cifie que personne ne peut utiliser l nergie des mar es des lacs des cours d eau sans une concession ou l autorisation du pays Il est pr cis que les plus petites centrales lt 4 500 kW depuis 1980 sont sous un r gime d autorisation et que les centrales de plus grande puissance sont sous un r gime de concession La proc dure est longue En effet l organisme en charge des rivi res doit changer des informations avec l administration r gionale responsable de l environnement Dans certains pays cela peut prendre plus de cinq ans jusqu l obtention de l autorisation Une fois la centrale construite les autorit s comp tentes doivent v rifier sur le site que les travaux sont bien conformes aux sp cifications du droit d eau Le proc s verbal de cette visite constitue l autorisation de faire fonctionner la centrale Le tableau 9 1 liste les autorit s accordant le droit d eau et la dur e de validit de l autorisation dans quelques pays de l Union Europ enne selon des informations de 1997 253 Petite Hydro
64. alors le promoteur aura la possibilit de r duire la valeur du d bit r serv en modifiant la structure physique du lit du cours d eau Des mesures bien connues concernant la r habilitation et la restructuration de rivi res plaident d aller dans ce sens Ainsi des mesures telles que la culture d arbres sur les bords de rivi re pour fournir des zones ombrag es des d p ts de gravier dans le lit 219 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 du cours d eau pour am liorer le substratum un renforcement des rives de la rivi re par l interm diaire d arbrisseaux pour combattre l rosion etc peuvent tre envisag es L investissement n cessaire pour la r alisation de ces mesures compensatoires est bien souvent compens tr s rapidement par la baisse significative du d bit r serv et donc l augmentation en cons quence du productible conomique La figure 7 4 reproduite partir d un document de Dr Martin Mayo repr sente le type de protection contre les effets de l coulement les rayons du soleil et les dangers auxquels sont soumis les vert br s et les invert br s travers des l ments la fois naturels et artificiels L existence de cavit s et de corniches immerg es fournit un refuge contre les attaques de pr dateurs Tous ces l ments contribuent au concept de la m thode WUW Weighted Useful Width En prenant en compte ce concept la valeur requise
65. au capital taux d actualisation diminu e de la valeur actuelle du co t d investissement La diff rence entre les recettes et les d penses un taux d actualisation p riodique fixe est la valeur actuelle nette VAN de l investissement Elle r sulte des tapes suivantes ie Calcul des recettes nettes attendues souvent par an qui sont fonction de la nature de Pinvestissement 2 Soustraire les co ts annuels des recettes annuelles en ajustant les taux d int r t en fonction du temps et du risque pour obtenir la Valeur Actuelle recettes moins co ts actualis s 3 Soustraire les investissements initiaux donnant la Valeur Actuelle Nette VAN sur la dur e de vie du projet Par cons quent la valeur actuelle nette est une quantit qui exprime la valeur d un investissement en termes mon taires actuels c est dire le cash flow ou flux de tr sorerie ramen au temps pr sent Un projet doit uniquement tre consid r si la VAN est positive En consid rant que le cash flow ou flux de tr sorerie soit r parti sur des intervalles annuels le premier survient la fin de la premi re ann e suivant la mise en service des installations les suivants la fin des p riodes annuelles suivantes la formule pour calculer la VAN est la suivante In VAN je ae me V 8 5 i r O 1 Investissement la p riode 1 R Recettes la p riode 1 O Co ts d exploitation la p riode 1 M Co t
66. au rendement d bit nominal c est dire le d bit de dimensionnement de la turbine et non pas au d bit maximum Les turbines Kaplan double r glage et les Pelton peuvent fonctionner de mani re satisfaisante sur une large gamme de d bits lt 20 100 Les Kaplan simple r glage ont un rendement acceptable partir du tiers et les turbines Francis partir de la moiti du d bit nominal Au dessous 182 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 de 40 du d bit nominal les turbines Francis peuvent d velopper des instabilit s induisant des vibrations ou des chocs m caniques Les h lices ayant des distributeurs et des aubes fixes ne peuvent fonctionner de mani re satisfaisante que sur une faible gamme de d bits autour de la valeur nominale Il faut noter que les turbines Kaplan simple r glage ne sont efficaces que si la roue est r glable et non pas les directrices Tableau 6 20 Niveaux de rendement des petites turbines Type de turbine Meilleur rendement Kaplan simple r glage 0 91 Kaplan double r glage 0 93 Francis 0 94 Pelton n injecteurs 0 90 Pelton 1 injecteur 0 89 Turgo 0 85 6 3 Multiplicateurs de vitesse Lorsque la turbine et le g n rateur fonctionnent la m me vitesse et peuvent tre plac s de sorte que leurs arbres soient align s un accouplement direct constitue la meilleure solution puisqu elle permet d viter les pertes m can
67. barrages est donc de type en remblai avec un noyau central 97 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 tanche en moraine A l inverse il n existe pas d argiles naturelles dans le sud des Alpes qui soient appropri es et en grande quantit pour des noyaux tanches de barrages De plus la topographie en de nombreux lieux favorise les barrages en b ton Selon le CIGB Comit International des Grands Barrages un barrage est consid r comme petit lorsque sa hauteur mesur e partir de son niveau de fondation jusqu sa cr te n exc de pas 15 m la longueur de cr te est inf rieure 500 m et le volume d eau stock est inf rieur 1 million de m tres cube Ces param tres sont relativement importants en raison des proc dures administratives complexes souvent associ es la construction de grands barrages A l chelle mondiale les barrages en remblai sont les plus courants en partie en raison de leurs caract ristiques e Adaptation un large ventail de conditions de fondation e Utilisation de mat riaux naturels qui peuvent souvent tre trouv s au niveau local limitant les besoins de longs transports e Processus de construction pouvant tre continu et hautement m canis e Conception extr mement flexible quant aux choix de mat riaux de remplissage Les inconv nients des barrages en remblai sont dus au fait qu ils sont sensibles au d
68. bit Dans le cas contraire une commande d ouverture sera donn e Cette mesure s effectue en continu par le biais d une capteur de niveau reli au syst me de contr le commande de la centrale La sonde de niveau amont est situ e la prise d eau Dans le cas d am nagements basse chute 1l est galement possible de contr ler le niveau aval celui ci ayant une influence directe sur la d nivellation exploitable La connaissance de ces deux mesures en pareil cas permet par exemple de donner un ordre d arr t lorsque la d nivellation devient trop faible pour permettre une utilisation des turbines Il existe une grande vari t de d tecteurs utilisant des techniques de mesure diff rentes Le point de mesure doit tre s lectionn soigneusement dans le but de repr senter toute la chambre de mise en charge Si l on utilise un syst me de capteur de pression on fera tr s attention ne pas avoir une vitesse d coulement trop lev e En effet selon le principe de Bernoulli un changement de vitesse d coulement entra ne un changement de pression dynamique et par cons quent de niveau d eau apparent tel que mesur par le capteur de pression Le r sultat sera donc erron si les vitesses deviennent trop lev es Il existe des syst mes de mesure hydrostatique figure 6 36 a ou pneumatique bulle figure 6 36 b Dans le premier cas on prendra garde de dimensionner et disposer les tuyaux de mesure de mani re ce qu ils ne pu
69. canal de fuite en aval de la centrale peut affecter la reproduction l incubation la culture le passage des poissons ainsi que l espace de vie pour les poissons adultes Concernant le fonctionnement de pointe des changements significatifs du d bit peuvent gravement menacer la vie aquatique parce que certaines zones du lit de rivi re sont aliment es puis ass ch es p riodiquement Il existe un conflit d int r t clair dans ce cas Le promoteur maintiendra que la production d lectricit par l interm diaire de sources d nergies renouvelables est une contribution aux actions en faveur du d veloppement durable en cherchant se substituer d autres m thodes de production d lectricit d origine fossile mettant des gaz effet de serre Les cologistes affirmeront au contraire que le d tournement de l eau dans un cours d eau repr sente une violation du domaine public 74 3 2 1 D bit r serv Les formules pour le calcul de d bit r serv sont nombreuses et leur nombre augmente chaque jour Cela d montre qu il n existe pas de solution universelle pour l tablissement du d bit r serv Quelques unes des formules class es suivant le principe de calcul retenu sont indiqu es ci dessous Chaque formule ne peut fournir qu une valeur devant tre utilis e comme r f rence pour des objectifs de type r glementaire Une analyse plus compl te des m thodes de calcul de d bit r serv peut
70. cas des grandes centrales hydro lectriques pour lesquelles les concepts techniques sont peu amendables Bien que le d veloppement de petites centrales ne soit en principe pas sans probl mes environnementaux la palette de mesures efficaces de r duction des impacts offre un grand nombre 233 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 d approches possibles pour des d veloppeurs responsables Les petites centrales hydro lectriques et l environnement ne sont pas en contradiction mais constituent un d fi passionnant au profit du d veloppement durable Par Bernhard Pelikan VFK Luigi Papetti Studio Frosio et Celso Penche ESHA European Commission Externalities of Energy Volume 6 Wind and Hydro EUR 16525 EN S Palmer Small scale hydro power developments in Sweden and its environmental consequences HIDROENERGIA 95 Proceedings Milan F Monaco N Frosio A Bramati Design and realisation aspects concerning the recovery of an energy head inside a middle European town HIDROENERGIA 93 Munich J Gunther H P Hagg Vollst ndig berflutetes Wasserkraftwerk Karlstor Heidelberg am Neckar HIDROENERGIA Munich European Commission Externalities of Energy Volume 6 Wind and Hydro EUR 16525 EN Santos Coelho amp Betamio de Almeida computer assisted technique for the hydraulic design of fish ladders in S H P HIDROENERGIA 95 Munich
71. charge travers la grille due au colmatage partiel de celle ci par exemple par accumulation de feuilles Le d grillage d bute lorsqu une chute diff rentielle ou diff rence de niveau entre l amont et l aval de la grille pr d termin e est atteinte Le d grilleur sur la figure 5 22 est command un v rin principal dont la tige sort ou se r tracte pour faire monter ou descendre le r teau du d grilleur le v rin secondaire servant l loigner la descente ou le plaquer contre la grille la mont e Le r teau est constitu d une s rie de dents fix es sur un bloc de polyamide et se d pla ant le long des espaces entre les barreaux Les d tritus flottants collect s sont remont s et vacu s via une canalisation ou un convoyeur Dans le premier cas une petite pompe envoie de l eau en quantit suffisante pour assurer l vacuation des d chets Le probl me du traitement de ceux ci doit tre r solu au cas par cas si l on tient compte du fait que le d grilleur peut r colter de grandes quantit s de mat riaux solides Lorsque la grille est tr s large le d grilleur est mont sur un chariot pouvant se d placer lat ralement sur des rails Ce d placement peut galement tre g r de mani re automatique L utilisation de cylindres hydrauliques t lescopiques permettent d atteindre jusqu 10m de profondeur ce qui associ au mouvement de translation illimit permet le nettoyage de grilles de grandes surfaces
72. con ue et le coefficient de perte de charge est K 0 04 voir figure 3 11 et figure 2 7 La perte de charge dans le premier tron on est selon l quation de Manning 0 00177 h 0 19m Se Le coefficient de perte de charge due aux coudes est K 0 085 correspond la moiti de la perte correspondante d un coude 90 pour le premier coude K 0 12 pour le second et Ke 0 14 pour le troisi me La r duction de diam tre entre les deux tron ons s effectue avec un angle de 30 ce qui induit une perte h 0 02 m pour un rapport de diam tre de 0 8 La perte de charge par frottement dans le second tron on est calcul e de la m me mani re que dans le premier et par cons quent fe 0 0169 h 1 10m L Donc la perte de charge par frottement est estim e 0 19 1 10 1 29 m Enfin le coefficient de perte de charge dans la vanne est K 0 15 Les pertes locales suppl mentaires sont d finies comme suit Dans la grille amont 0 007 m Dans l entr e de la conduite 0 04 x 0 147 0 059 m Dans le premier coude 0 085 x 0 147 0 013 m Dans le deuxi me coude 0 12 x 0 359 0 043 m Dans le troisi me coude 0 14 x 0 359 0 050 m Dans la r duction 0 02 x 0 359 0 0007 m 68 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Dans la vanne de garde 0 15 x 0 359 0 054 m Pertes Singuli res totales 0 233 m La perte de charge totale est gale 1 52 m repr sentant
73. conditions g n rales respecter Phase 2 La demande au Gmina dans laquelle la proposition est d finie une proposition plus d taill e est faite au Gmina local municipalit C est une demande pour le WZIZT Warunki Zabudowy 1 zagospodarowania terenu Conditions pour la construction et l am nagement du territoire Cette proposition donne des donn es de base sur l investissement taille emplacement pr cis quels changements le projet va amener sur les terres etc Le Gmina tudie la question en rapport avec les documents et les politiques d am nagement en particulier son plan local et envoie alors une d cision comprenant les conditions appliquer Phase 3 Une demande est faite au Powiat Autorit r gionale Il s agit d obtenir l Operat prawny Permis d exploitation l gale des Eaux C est le document cl et pour l obtenir toutes les donn es sur l investissement doivent tre indiqu es Ce document est tr s d taill et contient galement l approbation de l autorit des eaux qui peut changer son opinion ce stade si tel est son souhait Les informations devant tre fournies incluent un business plan une valuation environnementale et des dispositions de maintenance d taill es etc Apr s cela la Powiat donne au promoteur un Pozwolenie na budowe permis de construire dans lequel il est indiqu qui doit approuver la construction apr s son ex cution Il y a une libert totale
74. d angle Pour garantir en tout temps l alimentation en eau pour l irrigation l am nagement peut inclure un by pass lat ral comme sur la figure Pour des raisons videntes de co t une telle solution doit tre con ue en m me temps que le canal Figure 1 6 Am nagement int gr utilisant un canal d irrigation by pass Vue en plan e Sile canal existe d j un am nagement comme celui repr sent sur la figure 1 7 est une option convenable Le canal doit tre l g rement agrandi pour inclure la prise d eau et le d versoir Pour r duire la largeur de la prise d eau au minimum un d versoir ayant un seuil long doit tre install partir de la prise d eau une conduite forc e longeant le canal dirige l eau en pression vers la turbine L eau passe dans la turbine et retourne au cours d eau par un court canal de fuite 16 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 1 7 Am nagement d versoir longitudinal utilisant un canal d irrigation d versoir longitudinal canal gt gt A canal gt canal de fuite Be prise d eau ri centrale conduite forc e En g n ral il n y a pas de poissons dans les canaux d irrigation et les passes poissons ne sont pas requises 1 3 4 Am nagements int gr s dans un r seau d eau potable L eau potable est souvent fournie une agglom
75. d crite par le rapport entre la force d inertie et la force de viscosit Dans le cas d une conduite circulaire ce rapport connu aujourd hui sous le nom de nombre de Reynolds peut tre exprim par l quation D F V 2 2 O D est le diam tre du tube m V est la vitesse moyenne de l eau m s v est la viscosit cin matique du fluide m s De mani re exp rimentale pour des coulements dans des tubes circulaires le nombre de Reynolds critique est d environ 2000 En fait cette transition ne survient pas toujours exactement R 2000 mais varie selon les conditions exp rimentales Par cons quent il existe plus d un point de transition et on a donc une zone de transition Exemple 2 1 Un tube circulaire de 60 mm de diam tre est parcouru par un coulement 20 C Calculer le plus grand d bit pour lequel un coulement laminaire peut survenir La viscosit cin matique de l eau 20 C est v 1x 10 m s En acceptant une valeur minimale pour R 2 000 V 2 000 10 x 0 06 0 033 m s Q AV 7x 4x 0 06 x 0 033 3 73 x 10 m s 0 373 1 s L eau perd de l nergie lorsqu elle s coule travers une conduite ce qui est essentiellement d e au frottement contre la paroi de la conduite e la viscosit cons quence des frottements internes l coulement Le frottement contre la paroi de la conduite d pend de la rugosit de la paroi et du gradient de vitesse pr
76. d viation de l coulement acceptable dans la prise d eau dans le cas de petits am nagements basse chute On doit rappeler que pour les turbines action Pelton et Turgo la chute est mesur e relativement l axe de l injecteur lequel est toujours au dessus du niveau d eau aval Ceci entra ne une r duction de la d nivellation utile Cette diff rence n est pas n gligeable pour des am nagements de moyenne chute lorsque l on compare la performance des turbines action celle des turbines r action utilisant toute la d nivellation disponible Figure 6 111 Repr sentation sch matique des pertes d nergie dans un am nagement hydro lectrique Pertes de hame Chute Chute nate brute 181 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Pour les turbines r action les principales pertes hydrauliques sont les pertes de charge dans les ouvrages d adduction ainsi que les pertes par frottement dans la b che spirale dans le distributeur sur les aubes de la roue etc ainsi que l nergie cin tique restante en sortie de la turbine L aspirateur ou diffuseur est con u pour r cup rer la fraction la plus grande possible de l nergie cin tique restante de l eau quittant la roue Celle ci est particuli rement importante dans les tr s basses chutes lt 5 m o elle peut atteindre 80 de la chute nette tandis que pour une chute moyenne elle d passe rarement 3 4
77. dans ce domaine tout le monde peut le faire Apr s cela une nouvelle demande doit tre faite aupr s de l autorit des eaux Gimna et Powiat pour obtenir la permission de commencer l exploitation Phase 4 Le raccordement aux r seaux cette phase comprend la n gociation des conditions d acc s au r seau et des contrats de vente G n ralement un engagement de production quotidienne et de production horaire est exig Des p nalit s sont appliqu es s1 le producteur ne respecte pas ses pr visions 9 3 6 Portugal L organigramme de la proc dure administrative portugaise ci dessous est donn titre d exemple Les principales tapes du processus administratif permettant d exploiter une PCH et de r aliser une production ind pendante d lectricit production en r gime sp cial sont pr sent es dans cet organigramme Les quatre licences fondamentales sont e Autorisation de construction des ouvrages hydrauliques e Licence d tablissement 266 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets e Droit d eau e Licence d exploitation Figure 9 136 Organigramme des proc dures administratives portugaises ENVIRONMENTAL STEPS Request for License of Water Study of Use Technical and Economic Feasibility and of Environment Impact Incidences Public Enquiry Consultation by the City Hall Environmental Favourable Declaration Declaration Of Public In
78. de chute et de d bit Les pales de la roue sont r glables tout moment y compris lorsque la turbine est en rotation ceci gr ce des biellettes li es une tige de commande se d pla ant l int rieur de l arbre de la turbine Figure 6 95 Coupe longitudinale d une turbine bulbe double r glage de T Lei Pa F Les unit s de type bulbe sont d riv es des turbines Kaplan le g n rateur et l ventuel multiplicateur si n cessaire tant contenus dans une cuve tanche appel e bulbe immerg e dans l coulement La figure 6 13 repr sente un tel groupe avec g n rateur refroidi air pressuris Seuls les c bles lectriques soigneusement prot g s quittent le bulbe 163 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Les turbines Kaplan sont certainement les machines qui permettent le plus grand nombre de configurations La s lection du bon type est particuli rement critique pour les sites basse chute dans lesquels de grands d bits doivent tre turbin s pour atteindre la rentabilit Dans la gamme des chutes de 2 5 m et des d bits de 10 100 m s des roues de 1 6 3 2 m tres de diam tre sont n cessaires Elles sont coupl es un g n rateur via un multiplicateur de vitesse Les structures hydrauliques en g n ral et les entr es d eau en particulier sont tr s grandes et demandent des travaux importants dont le co t qui d p
79. de la grille La vitesse peut varier de 0 8 1 0 m s travers la grille jusqu 3 5 m s dans la conduite forc e Un bon profil permettra une acc l ration uniforme de l coulement minimisant les pertes de charge Une acc l ration ou une d c l ration brutale de l coulement g n re une turbulence suppl mentaire avec l apparition de recirculations et augmente les pertes de charge Malheureusement une acc l ration constante impliquant de faibles pertes de charge exige une prise d eau longue compliqu e et co teuse Un compromis entre le co t et le rendement doit tre trouv La vitesse maximum acceptable impose le diam tre de la conduite forc e tandis que le besoin d une vitesse d coulement raisonnable l entr e de la grille impose les dimensions de la section rectangulaire 112 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 5 64 Prise d eau fran aise Canal construit dans le lit de la rivi re et prot g par une grille PLANT Cotes en m Le d partement de recherche Energie Mines et Ressources du Canada a commandit une tude de coefficients de perte de charge pour des petites structures de prise d eau d am nagements de basse chute afin d tablir des directives permettant de s lectionner une g om trie optimale Les r sultats ont d montr que les gains financiers augmentent lorsque la g om trie de la prise est con
80. de r gulation Pour plus de d tails se reporter au chapitre 2 section 2 2 2 4 et la bibliographie associ e Photographies 5 27 Vanne segment gauche et son emplacement entre deux piles en b ton 5 6 Canaux ciel ouvert 5 6 1 Conception et dimensions Le d bit d un canal est fonction de son profil transversal de sa pente et de sa rugosit Les canaux naturels sont g n ralement tr s irr guliers dans leur forme et leur rugosit change le long de son parcours et au cours du temps L application de la m canique des fluides pour les canaux naturels est plus complexe que pour les canaux artificiels dans lesquels la section transversale est de forme r guli re et la rugosit des mat riaux de construction terre b ton acier ou bois est bien document e de telle sorte que les r sultats obtenus sont assez pr cis Le tableau 2 5 au chapitre 2 montre les propri t s g om triques fondamentales de diff rentes sections de canal Dans les petits am nagements hydro lectriques l coulement dans les canaux est en g n ral du domaine de l coulement turbulent et l quation de Manning peut tre appliqu e Ak gr A Sr mn PS ii Q o n est le coefficient de Manning qui dans le cas de canaux rev tus artificiellement peut tre valu avec une pr cision raisonnable et S est le gradient hydraulique lequel est g n ralement la pente du lit du canal 125 Petite Hydro lec
81. de r seau L quation de base r gissant un tel syst me est la suivante 191 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 dQ J AF L T Nm 6 32 O J moment d inertie des masses tournantes kg m Q vitesse angulaire rad s T couple d la turbine Nm T couple d la charge Nm Lorsque T est gal T1 dQ dt 0 et Q constante le fonctionnement est par cons quent stable Lorsque T est plus grand ou plus petit que Ti Q n est pas constant et le r gulateur doit intervenir de sorte que la puissance d livr e par la turbine s adapte celle demand e par le r seau lectrique On ne doit cependant pas oublier que la variation brusque du d bit turbin entra ne videmment une variation du d bit donc de la vitesse d coulement dans la conduite forc e L effet stabilisant du volant d inertie est ainsi contrecarr par l effet d stabilisant de la colonne d eau Le temps de d marrage du syst me tournant c est dire le temps requis pour acc l rer l unit partir d une vitesse de rotation nulle la vitesse nominale de fonctionnement est donn par p D L Rn fs 6 33 mn P 5086 P o l inertie de l unit est donn e par le poids de toutes les parties en rotation multipli es par le carr du rayon de giration Q R P est la puissance nominale en kW et n la vitesse de turbine t min Le temps n cessaire pour acc
82. de tarifs de rachat comme instrument ad quat pour atteindre l objectif de 2010 mais introduit plus de tarifs diff renci s quelques uns plus bas et d autres plus lev s que ceux de la pr sente loi Aucun changement significatif n est attendu dans les autres pays Les producteurs SER essayent de limiter l incertitude sur le prix dans le syst me de tarifs de rachat demandant aux autorit s d exposer des r gles transparentes qui d terminent la prime pour les prochaines ann es La Directive E SER article 4 paragraphe 2 impose une obligation la Commission de pr senter avant le 27 octobre 2005 un rapport document sur l exp rience acquise avec l application et la coexistence des diff rents m canismes de soutien Le rapport doit valuer le succ s des syst mes de soutien dans la promotion de la consommation d lectricit produite partir de sources d nergies renouvelables Ce rapport doit si n cessaire tre accompagn d une proposition pour un cadre communautaire par rapport aux sch mas de soutien pour l lectricit produite partir de sources d nergie renouvelable Toute proposition de ce type doit inclure une p riode transitoire d au moins sept ans cela signifie qu aucun syst me unifi mandataire ne sera en vigueur avant 2012 Tableau A 2 Syst mes de soutien courants des PCH utilis s dans les pays membres de PUE Etat membre Sch ma de compensation Belgique Wallonie certifi
83. des petites centrales hydro lectriques Sur certains sites n cessitant l installation de plusieurs machines une combinaison d h lices et de Kaplan permet n anmoins de s adapter aux variations de d bit tout en r duisant les co ts d investissement Le double r glage des turbines Kaplan permet une adaptation continue des pales de la roue et des directrices en fonction des variations de d bit et de chute Il en r sulte une grande flexibilit d utilisation cette machine pouvant travailler entre 15 et 100 du d bit nominal Une Kaplan simple r glage garde une tr s bonne flexibilit relativement aux variations de d bit Elle perd cependant de ses facult s d adaptation relativement une variation de chute Son domaine de fonctionnement typique est entre 30 et 100 du d bit nominal 162 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 6 94 Coupe d une turbine Kaplan double r glage Photographie 6 38 Roue Kaplan La turbine Kaplan double r glage repr sent e la figure 6 12 est une machine axe vertical en chambre d eau L coulement entre radialement dans le distributeur et bifurque angle droit avant de traverser axialement la roue Le syst me de commande est con u de sorte qu une variation de l angle d incidence des aubes soit associ e au r glage des directrices dans le but d obtenir le meilleur rendement possible dans une large gamme
84. des turbines n est pas tudi e en d tail L accent est mis sur les diff rents types de turbine en particulier pour des am nagements de basse chute et sur le processus de s lection selon le crit re de vitesse sp cifique Puisque les am nagements hydrauliques sont aujourd hui sans surveillance les syst mes de contr le commande sont galement examin s Une valuation de l impact sur l environnement doit tre faite pour obtenir un droit d eau Bien que plusieurs tudes r centes aient d montr que les petites centrales hydro lectriques n entra nant pas d missions ni de production de d chets toxiques ne contribuent pas au changement climatique les concepteurs doivent int grer toutes les mesures n cessaires pour r duire les impacts cologiques locaux Le chapitre 7 analyse ces impacts et les mesures de compensation Le chapitre 8 analyse les techniques pouvant tre appliqu es dans l valuation conomique d un am nagement Diff rentes m thodes d analyse conomique sont d crites et illustr es par des tableaux repr sentant la marge d autofinancement g n r e par l am nagement Le chapitre9 d crit toutes les proc dures administratives suivre Malheureusement la d r gulation r cente du march de l lectricit ne permet pas de d tailler une situation pourtant claire quelques ann es auparavant ESHA a produit en d cembre 1994 en faveur de C E DGX VII un rapport Small Hydropower
85. en S Axial Vanne batardeau Parall le 6 18 Kaplan inclin e en renvoi d angle Axial Vanne batardeau Conique 6 19 Semi Kaplan en puits Axial Vanne batardeau Parall le 6 20 164 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 6 96 Coupe d une installation de turbine Figure 6 97 Coupe d une installation de Kaplan axe vertical Figure 6 98 Coupe d une installation de turbine Figure 6 99 Coupe d une installation de Kaplan en siphon invers e turbine Kaplan axe inclin 3 9 x Di h Figure 6 100 Coupe d une installation de Figure 6 101 Coupe d une installation de turbine Kaplan en S turbine Kaplan renvoi d angle et axe inclin WNT Dre _ IT FAHEHESE 165 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 6 102 Coupe d une installation de turbine Kaplan en puits et axe inclin Les siphons sont fiables conomiques et emp chent d atteindre l emballement de la turbine puisque le d bit est instantan ment coup par l ouverture de la soupape du siphon Toutefois ils sont plus bruyants que d autres configurations si aucune mesure de protection n est prise pour isoler la pompe aspirante et les vannes durant les op rations de d marrage et d arr t M me si elle n est pas requise pour le fonctionnement normal une vanne de fermeture est cependant fortement conseill e pour v
86. et joints de dilatation Les blocs d ancrage sont con us pour supporter le poids de la conduite forc e remplie d eau et non pour r sister des forces longitudinales La composante verticale du poids devant tre support en kN a une valeur de F W W L cos 5 28 o W poids de la conduite par m tre kN m W poids d eau par m tre de conduite kN m L longueur de conduite entre points de milieu de chaque port e m D angle de conduite par rapport l horizontale La conception des cerces de support se base sur la th orie de l lasticit des parois cylindriques La paroi de la conduite est soumise des contraintes tangentielles et longitudinales et les charges sont transmises aux cerces de support par cisaillement Si la conduite forc e est support e de fa on continue sur un nombre de points le moment de flexion un point quelconque de la conduite forc e peut tre calcul en consid rant qu il s agit d une poutre continue en utilisant l quation correspondante Les cerces sont soud es la conduite avec deux soudures d angle continues La port e entre les supports L est d termin e par la valeur de la fl che maximale L 65000 La distance maximale entre les supports est donc donn e par l quation 4 4 L 182 61 3 R E 5 29 o D diam tre int rieur P poids au m tre de la conduite remplie d eau kg m 148 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour
87. et un type de projection et ortho rectifi es La d formation du syst me optique de la cam ra est supprim e en utilisant des points de contr le au sol partir de cartes de donn es de surveillance ou de GPS Cette mani re de faire permet de limiter les co ts de l orthorectification des photographies a riennes Ce proc d permet des r solutions de 30 cm un m tre sur la base d orthophotographies digitales A l aide de ces documents 1l est possible de situer la prise d eau de tracer le canal ciel ouvert la conduite forc e et de localiser la centrale avec une pr cision suffisante pour les tudes de faisabilit Les photographies st r oscopiques permettent par ailleurs souvent de rep rer les probl mes g ologiques particuli rement ceux concernant la stabilit du terrain 4 3 Etudes g otechniques La n cessit d effectuer des tudes g ologiques sur site est souvent sous estim e Dans de nombreux cas cela entra ne des cons quences regrettables infiltration sous le barrage glissements de terrains etc voire catastrophiques Fort heureusement dans de nombreux pays des cartes g ologiques de qualit permettent en premi re approche des valuations de la s curit des fondations du barrage de la stabilit des pentes et de la perm abilit du terrain Il est toutefois conseill de compl ter ces donn es par un travail de terrain par forage et chantillonnage Les structures hydrauliques doi
88. fermeture soudaine de la vanne la pression dans la conduite forc e s l ve de mani re rapide et l eau tend remplir la chemin e levant le niveau d eau au dessus du niveau de la prise Puis le niveau dans la chemin e commence diminuer lorsque l eau s coule de la chemin e dans la conduite forc e jusqu un niveau minimum L coulement est alors renvers et le niveau dans la chemin e s l ve nouveau et ainsi de suite La figure 5 37 montre l volution de la hauteur d eau dans la chemin e en fonction du temps La hauteur maximum correspond la surpression dans la conduite forc e due au coup de b lier L tranglement introduit par un orifice calibr va r duire l amplitude de variation de niveau de 20 30 La dur e tp joue un r le important dans la conception du syst me de r gulation de turbine Dans un syst me mal con u le r gulateur et la chemin e d quilibre peuvent interagir g n rant des probl mes de r gulation de vitesse non ma trisables Lorsque la man uvre de fermeture doit tre rapide la conduite peut galement tre prot g e par une soupape de d charge ou orifice compensateur en parall le avec la turbine de telle sorte qu elle s ouvre lorsque les organes r glants se ferment Cela a pour effet de r duire les variations de d bits dans la conduite forc e La photographie 5 20 montre le jet d eau ject par une vanne de d charge Blocs d ancrage
89. fourniture de nouvelles capacit s sur la base de crit res publi s Cet appel d offres peut porter sur de nouvelles capacit s ou sur des mesures de l efficacit nerg tique gestion de la demande Une proc dure d appel d offres ne peut cependant tre lanc e que si sur la base de la proc dure d autorisation la capacit de production en construction ou les mesures prises ne sont pas suffisantes pour atteindre ces objectifs LE RACCORDEMENT ET L ACCES AU RESEAU A l exception des am nagements isol s la centrale ne peut pas fonctionner sans raccordement au r seau Les sp cifications sur le raccordement au r seau peuvent galement avoir un effet dissuasif sur le d veloppement de PCH et ou affecter la viabilit d un am nagement Les services publics exigeant des sp cifications ou des conditions exag r es ou inutiles emplacement du point de raccordement loin de la centrale affectent de mani re importante la faisabilit d un am nagement Dans tous les cas les services publics doivent garantir une certaine qualit de leur service par cons quent ils doivent exiger un certain nombre de conditions un producteur ind pendant pour tre raccord au r seau La Directive E SER dans l article 7 stipule que Sans pr judice du maintien de la fiabilit et de la s curit du r seau les Etats membres prennent les mesures n cessaires pour faire en sorte que les op rateurs de syst mes de transport et de distrib
90. g n rale de l am nagement avant de savoir si une tude de faisabilit d taill e doit tre r alis e Les aspects fondamentaux observer concernent La topographie et la g omorphologie du site L valuation de la ressource en eau et son potentiel de production La s lection du site et l agencement de base Les turbines hydrauliques les g n rateurs et le contr le commande de l installation L valuation de l impact environnemental du projet L ing nierie financi re Le cadre institutionnel et les proc dures administratives pour obtenir les autorisations Lire ce guide aidera le futur exploitant d une petite centrale hydro lectrique comprendre les diff rents aspects les phases et les proc dures qui doivent tre suivies pour la r aliser et la faire fonctionner Bernhard Pelikan Pr sident d ESHA Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 REMERCIEMENTS Ce guide est une version mise Jour et adapt e de la publication Petite hydro lectricit guide technique pour le montage de projets publi e par ESHA the European Small Hydropower Association en 1998 dans le cadre du programme ALTENER du DG TREN de la Commission europ enne Directorate General for Transport and Energy Bien que bas sur la version originale le guide a t enti rement mis Jour et adapt en raison des changements importants dans le secteur ces derni re
91. importante et pour des petites centrales surchargent les producteurs de SER en raison de leur petite taille la fois en terme de puissance mais galement en terme de production moyenne Les proc dures d am nagement varient de mani re significative parmi les pays membres les r gions et les projets L article 4 6 de la Directive E SER pr voit les r glementations de base cet effet notamment celles sur la proc dure d autorisation lesquelles doivent tre objectives et non discriminatoires Dans l tude BlueAge r alis e au nom d ESHA et en partie financ e par la Commission la longueur des proc dures officielles a t estim e 12 semaines en Ecosse deux ans en Italie et 4 ans en Espagne Encore plus significatif dans presque tous les Etats Membres de l UE seule une petite douzaine de permis ont t accord s r cemment Sans autorisations aucun d veloppement n est possible et par cons quent les dispositifs de soutien favorisant les prix comp titifs deviennent inutiles non seulement pour promouvoir des PCH mais aussi pour atteindre les objectifs pour 2010 La Directive E SER sugg re qu un effort sera n cessaire pour r aliser un progr s dans ce domaine et propose de demander tous les Etats membres e de passer en revue les mesures existantes administratives et d am nagement auxquelles les producteurs SER potentiels doivent se conformer pour d terminer quelle action peut tre engag e po
92. la partie sup rieure du d versoir dans le but d obtenir une a ration suffisante entre la nappe inf rieure pellicule d eau qui s coule au dessus du d versoir et la structure Si celle ci est coll e la structure des vibrations seront engendr es Un d versoir seuil pais est souvent utilis pour des structures temporaires ou d importance secondaire comme dans le cas d une d rivation temporaire d un cours d eau Sa conception est 105 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 simple et peu co teuse Les conditions hydrauliques sont cependant loin d tre optimales le coefficient de d bit est bas et il se cr e des zones de d pression le long de la cr te et sur la paroi aval Le d bit d pend de la forme de la structure Figure 5 56 Caract ristiques et formules de calcul de d bits pour les d versoirs Type Conception Formules de d bit Caract ristiques NE De Conception D versoir Q b Cy H 2v2g simple et peu seuil mince co teuse C 0 42 Q b c C H32 V2g Conception simple D versoir Ci mean 0 42 peu co teuse seuil pais 4 2sin6 Probl mes de sous e 9 1 E4 pression Hw Fi e Q b C H3220 Co teux Les plus E grands coefficients Cp 0 494 de d bit Seuil d versant for H Hp Le seuil d versant est hydrauliquement parlant la solution id ale donnant les plus gr
93. la production d nergie annuelle des co ts et de la viabilit financi re de projets Le bureau d tudes fran ais ISL a mis sur pied avec le soutien de l ADEME un outil informatique d valuation des co ts et de la rentabilit des projets avec le logiciel PEACH 235 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Alors que l identification du potentiel technique d un site est primordiale la cl d un d veloppement de projet r ussi est une analyse conomique qui fournit en premier lieu une estimation pr cise du co t d investissement Un aspect essentiel est le co t estim du kW du site Figure 8 132 Co t sp cifique des capacit s install es en Euros KW en fonction de la chute m tres lt 250kW 250 to 1000 kW gt 1000 KW ms T E Head m W 0 00 20 00 40 00 60 00 80 00 100 00 120 00 European Commission DG XII Science Rescarch and Development a JOULE THERMIE DG XVII Energy Te ahr Figure 8 133 Co ts d investissement par capacit install e pour des hauteurs de chutes donn es 4500 2 nE 4000 di ji 3500 3000 2500 2000 1500 Cout eur kW 1000 500 0 O 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 Puissance kW Dans sa communication HID
94. le long d une pente lat rale excav dans de l ignimbrite douce mat riaux solides d explosion volcanique et recouvert d un type d argile volcanique Il d bouchait sur 750 m de conduite forc e en ciment et acier Figure 4 47 Am nagement de Ruahihi bassin amont cana faille DP Are forc es P i D centrale Des mat riaux cendreux ont s ch et se sont craquel s durant la construction En raison de leurs caract ristiques inhabituelles les fissures ne se sont pas rebouch es lorsque le canal a t mis en eau causant des infiltrations en dessous de l ignimbrite Lorsque celles ci ont t constat es des conduites de drainage ont t install es dans le bas de la pente Cela a non seulement dissimul la cause du probl me mais l a galement accentu en facilitant l coulement de l eau et la formation de cavernes par lavage des sols Un jour apr s l ouverture officielle de l installation une grande section du canal s est subitement effondr e La photographie 4 8 illustre l amplitude de la catastrophe De nombreuses options de r habilitation ont alors t examin es et il s est finalement av r que la seule qui soit viable tait de remplacer la section effondr e du canal par 1 100 m de conduite forc e augmentant ainsi la longueur totale 750 m 1850 m Il tait d s lors n cessaire de limiter les surpressions dues aux coups de b lier les conduites en ciment d origine ne pouvant
95. le projet lesquelles n entra nent habituellement pas de d penses trop importantes pour faciliter l autorisation de permis L analyse de deux am nagements hydro lectriques pr sent s ci dessous et minutieusement con us dans le but d ensevelir leurs quipements principaux donnera quelques id es aux concepteurs potentiels ces exemples devraient aider convaincre les autorit s en charge de la politique environnementale qu il n y a pas lieu d tre r ticent et de freiner un processus de production d nergie sans danger et propre 206 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Exemple de l am nagement de Cordi nanes Picos de Europa Espagne Un petit r servoir comme celui existant Cordi anes comporte des aspects tr s positifs et notamment l existence d un niveau d eau presque stable et les attractions touristiques baignade p che cano etc contrebalancent ses effets n gatifs La figure 7 1 montre un sch ma de l am nagement de Cordi anes Photographie 7 40 Cordi anes Figure 7 119 Sch ma de l am nagement de Cordi anes chambre d mise en charge 4 Le seuil est une structure en b ton relativement haute et visible de 14 m de hauteur et qui constitue la plus importante structure de l am nagement photographie 2 Cette hauteur est due au fait que l eau doit atteindre le niveau d un tunnel ancien lequel une fois recons
96. les Etats membres doivent garantir que les r gles techniques et les conditions op rationnelles concernant le raccordement des producteurs au r seau de transmission soient d velopp es de mani re objective et non discriminatoire et qu elles soient publi es La Directive 2003 54 CE concernant les r gles communes du march int rieur d lectricit est plus pr cise et stricte cet effet Par exemple dans le pr ambule lorsqu il est question des b n fices du march int rieur 1l est clairement stipul que Cependant d importantes lacunes subsistent et 1l reste possible d am liorer le fonctionnement de ce march des dispositions concr tes sont notamment n cessaires pour garantir des conditions de concurrence quitable au niveau de la production et r duire le risque de domination du march et de comportement pr dateur en garantissant des tarifs de transport et de distribution non discriminatoires par l acc s au r seau sur la base de tarifs publi s avant leur entr e en vigueur et en garantissant la protection des droits des petits consommateurs vuln rables et la divulgation des informations sur les sources d nergie pour la production d lectricit ainsi que la r f rence aux sources le cas ch ant en donnant l information sur leur impact sur leur environnement Les principaux obstacles l ach vement d un march int rieur tout fait op rationnel et comp titif sont li s entre autres
97. les petites centrales hydro lectriques d environ 14 000 MW de capacit install e jusqu en 2010 Comme repr sent sur la figure A 1 en appliquant le taux de croissance annuel moyen des derni res ann es jusqu en 2010 la puissance install e en petite hydraulique europ enne resterait aux environs de 12 000 MW mais on consid re g n ralement que l objectif pourrait encore tre atteint si le cadre r glementaire tait rationalis Figure A 1 Tendance actuelle des PCH et objectifs du Livre Blanc EN HE be ET SSi CN M Tdinc actuelle CHI TT TT Sda Selon les associations nationales de PCH la lenteur du d veloppement des petites centrales hydro lectriques durant les ann es pr c dentes n est pas dans la plupart des cas due des raisons conomiques mais l existence d obstacles administratifs et environnementaux importants Bien que la d finition d un cadre de soutien conomique ad quat la petite hydro lectricit soit une condition sine qua non elle n est pas suffisante pour promouvoir le d veloppement de celle ci Si la Commission souhaite concevoir une politique de soutien des petites centrales hydro lectriques compl te elle devra inclure dans ses priorit s la suppression des barri res environnementales et administratives qui bloquent le d veloppement et ont au moins la m me importance que celle qui est donn e pour la cr ation d un cadre de compensation commun A 2
98. les petites centrales hydro lectriques on utilisera si possible des g n rateurs standards tournant vitesse synchrone qu ils soient coupl s directement la turbine ou que l on ait recours un multiplicateur Le tableau 6 5 rappelle les principales vitesses de rotation synchrone Tableau 6 18 Vitesse de rotation des g n rateurs Nombre Fr quence Nombre Fr quence de p les de p les 50 Hz 60Hz 50 Hz 60 Hz 2 3000 3600 16 375 450 4 1500 1800 18 333 400 6 1000 1200 20 300 360 8 750 900 22 272 324 10 600 720 24 250 300 12 500 600 26 231 377 14 428 540 28 214 257 Vitesse d emballement Chaque type de turbine est caract ris par une vitesse d emballement maximale Elle correspond la vitesse que l unit peut atteindre en cas de d clenchement du r seau lorsque l nergie hydraulique est son maximum Ce fonctionnement correspond en fait un rendement nul toute l nergie disposition tant dissip e en frottements Comme indiqu dans le tableau 6 6 elle peut atteindre 2 3 fois la vitesse nominale en fonction du type de turbine Il faut se rappeler que le co t d un g n rateur et de l ventuel multiplicateur peut tre augment significativement lorsque la vitesse d emballement est lev e puisqu ils doivent tre con us de sorte r sister aux contraintes m caniques correspondantes Tableau 6 19 Vitesse d emballement des turbines Type de turbine Vitesse d emballement N
99. m thodes donnent des valeurs tr s lev es de d bit r serv pour des rivi res importantes e Utilisation valable seulement pour des cas particuliers de tron on peu tendus e L application en montagne des torrents donne des valeurs seuil irr alistes concernant les hauteurs d eau e Appropri e uniquement pour des typologies particuli res de rivi re difficilement transf rable 7 4 3 2 5 M thodes bas es sur une analyse multicrit re prenant en compte les param tres cologiques Une description courte est donn e en raison de la complexit de ce type de m thodes qui sont difficiles r sumer en quelques mots Outils d aide la d cision multicrit res MODM Multi Objective Decision Making La d termination du d bit r serv r sulte d un mod le qui consid re la fois les objectifs cologiques et conomiques La solution retenir doit avoir la meilleure valeur de compromis entre les deux types de param tres Les variables mesur es suivantes sont utilis es comme param tres e Opportunit de travail r gulier conomie e Profondeur d eau la plus faible diversit des esp ces et tailles individuelles e Temp rature la plus lev e changement des conditions thermiques e Valeur d oxyg ne dissous les plus faibles qualit de l eau Rapport de dilution Le d bit n cessaire doit tre gal au moins 10 fois le d bit introduit et nettoy biologiquement La vitesse peut chute
100. par 40 De l il s en suit 10 3 BAD L 0 1875 p 103 n Q L 5 17 h Si nous limitons hr 4H 100 D peut tre calcul en connaissant Q n et L par l quation 5 22 0 1875 p 26f Q j 5 18 H 138 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 5 79 Optimisation conomique co t total CT co t minimal perte d nergie Ce gt co ts suppl mentaires de la cond ite C Ct Ce Q des vannes etc Ct Ct Ce diam tre optimal Dameie Exemple 5 5 Un am nagement comporte une d nivellation de 85 m un d bit de 3 m s et une conduite forc e longue de 173 m en acier soud Calculer le diam tre de telle sorte que les pertes d nergie dues au frottement ne d passent pas 4 Selon l quation 5 18 2 2 0 1875 D 2 RE 0 88 m 85 Nous s lectionnons un tuyau en acier soud de 1 m et calculons toutes les pertes dans le prochain exemple Exemple 5 6 Calculer les pertes de frottement et de turbulence dans un am nagement tel que repr sent sur la figure 5 35 Le d bit th orique est de 3 m s et la d nivellation de 85 m Le diam tre de la conduite forc e en acier soud est de 1 0 m Le rayon de courbure des coudes est de quatre fois le diam tre A l entr e de la prise d eau il y a une grille ayant une surface totale de 6 m inclin e 60 par rapport l horizontale Les barreaux sont des
101. par an estim 4 de l investissement total est de 264 357 244 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets Tableau 8 29 Analyse de la marge brute d autofinancement MO Co ts de maintenance et d exploitation Co t d investissement 6 608 928 Co ts MO 264 357 Taux d actualisation r 8 ESHA 2005 Dur e de vie n 35 ans ET CS ET Vo E 5e Cash flow cumul 82 087 75 988 3 074 165 3 376 688 1 005 320 995 267 985 314 975 461 965 706 956 049 946 489 937 024 927 654 918 377 909 193 900 101 891 100 882 182 8 73 368 864 634 855 988 847 428 838 953 830 564 822 258 8 14 036 805 895 797 836 789 858 781 959 774 140 766 398 758 734 751 147 743 636 736 199 728 837 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 264 357 82 087 75 988 3 074 165 3 376 688 740 963 730 910 720 957 711 104 701 349 691 692 682 132 672 667 663 297 654 020 644 836 635 744 626 743 617 832 609 010 600 277 591 630 583 071 574 596 566 207 557 901 549 679 541 538 533 479 525 501 517 602 509 783 502 041 494 377 486 790 479 278 471 842 464 480 82 087 158 075 3 232 240 6 608 928 5 867 9
102. par un canal ou une conduite jusqu une turbine Dans ce cas une faible partie de l nergie sera perdue par frottements changements de direction etc tandis qu une grande partie sera transform e en nergie m canique par la turbine puis en nergie lectrique via un g n rateur L objectif vise d terminer l optimum entre la production et les co ts de construction Dans le meilleur des cas les autorit s comp tentes en hydrologie auront install une station de mesure sur la rivi re concern e et des s ries de donn es auront t collect es r guli rement durant plusieurs ann es Dans ce cas 1l suffit d utiliser l une des m thodes classiques pour estimer le d bit moyen annuel sur une longue p riode et d terminer ainsi la courbe de d bits class s relative au tron on en question ces m thodes seront expliqu es plus loin Malheureusement les rivi res pareillement surveill es tant peu nombreuses il est plut t rare de disposer de telles mesures r guli res Si aucune mesure n est disponible r guli re ou non pour le tron on concern par le projet il faut se baser sur des donn es concernant soit d autres tron ons de la m me rivi re soit d une rivi re similaire proche du site Il conviendra d s lors de reconstituer les s ries de donn es n cessaires l tude du site voulu 3 2 Mesures officielles des d bit des cours d eau En Europe les mesures de d bit des cours d eau pe
103. passe ne doit pas tre situ e dans une zone pr s du d versoir o 1l existe un danger d tre renvoy vers la base du barrage ou dans une zone de circulation d eau morte o le poisson peut tre pi g Les passages poissons doivent tre prot g s des braconniers en la recouvrant d un treillis m tallique ou de t les paisses L utilisation de pompes poissons au niveau des barrages est controvers e Cette technologie est li e l aquaculture pour d placer le poisson vivant Plusieurs pompes sont sur le march et des nouvelles versions sont en train d tre d velopp es Le pompage peut endommager le poisson en raison de l encombrement dans la conduite de d rivation 7 4 3 2 7 Passes poissons pour la migration vers l aval Dans le pass le poisson migrateur qui descendait le cours d eau passait travers la turbine La mort de poissons peut alors atteindre 40 en fonction de la conception de la turbine et plus particuli rement de la vitesse p riph rique de la roue Dans une turbine Francis le passage d une vitesse de rotation de la roue de 12 m s 30 m s augmente le pourcentage de mortalit de 5 35 Les turbines Francis en raison de leurs caract ristiques de construction entra nent une plus grande mortalit que les turbines Kaplan La turbine bulbe r duit la mortalit moins de 5 228 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005
104. pays ou de la r gion Les ouvrages ci dessous sont communs aux am nagements hydrauliques e Ouvrage de diversion o Barrage o D versoir o Organes de dissipation d nergie o Passe poissons o Organes de dotation d bit r siduel ou r serv e Syst me d acheminement d eau o Prise d eau o Canaux o Tunnels o Conduites forc es o Usine Le pr sent chapitre d crit les aspects li s la conception de ces ouvrages et aux solutions qui leur sont communes 5 2 Barrages Les barrages et les d versoirs ont pour fonction principale de d tourner l coulement d une rivi re dans un syst me d acheminement d eau en direction de la centrale Ils peuvent galement produire une chute suppl mentaire et fournir une capacit de stockage Le choix d un type de barrage d pend principalement des conditions topographiques et g otechniques locales Par exemple s il n y a pas de phonolite une profondeur d excavation raisonnable des structures rigides telles que les barrages en b ton sont peu adapt es A l inverse pour des vall es troites 1l peut tre difficile de trouver l espace n cessaire pour les vacuateurs de crue s par s et l utilisation des barrages en b ton peut tre retenue en raison de leur capacit int grer des vacuateurs dans leur corps Dans les pays nordiques l re glaci re a laiss de grandes vall es ouvertes et de la moraine en grande quantit La grande majorit des
105. petit barrage la fissure et l inondation en aval Dans le but d identifier les barrages potentiellement dangereux la plupart des pays emploient aujourd hui un syst me de classification Ils demandent l exploitant et au propri taire de d crire le niveau de danger de mani re subjective en utilisant des termes tels que faible important et lev USACE 1975 La s curit des barrages peut tre am lior e par l installation de syst mes de supervision et d auscultation par la surveillance et le contr le r gulier 5 3 D versoirs et vacuateurs de crues Une rupture de barrage peut avoir de graves cons quences en aval Pendant sa dur e de vie un barrage devra faire face de nombreuses et diff rentes conditions d coulement Il doit tre capable de s adapter de mani re s curis e aux crues lev es pouvant largement d passer les conditions d coulement normales de la rivi re Pour cette raison des passages de crue sont int gr s dans les barrages ou digues Ces passages sont connus sous le nom de d versoirs ou vacuateurs de crue En raison des vitesses lev es de l eau qui s coule en pareil cas un dispositif de dissipation d nergie est habituellement pr vu la base de l vacuateur La grande majorit des petites centrales hydro lectriques est de type au fil de l eau ce qui signifie que l lectricit est produite en fonction de la disponibilit de l eau dans la rivi re Dans ces
106. petite centrale hydro lectrique ou garder ses conomies en banque Le taux d actualisation d pendant du taux d inflation varie habituellement entre 5 et 12 S1 les recettes nettes sont constantes dans le temps s ries uniformes leur valeur actualis e est donn e par l quation 8 3 L utilisation d un taux d actualisation constant lors du calcul de VAN ne fait pas l unanimit Une th orie conomique r cente sugg re l utilisation d un taux d actualisation d gressif plus appropri e aux projets de long terme ceux d une dur e de vie de plus de trente ans et en particulier pour les projets d infrastructures On peut citer en exemple la prise en compte des changements climatiques la construction d une centrale lectrique et l investissement d une infrastructure de long terme comme les routes et les chemins de fer L exemple du changement climatique est assez repr sentatif en effet les b n fices dus aux faibles missions deviennent apparents dans un futur lointain Lorsque l on utilise un taux d actualisation constant ces b n fices lointains sont escompt s un z ro virtuel amenant une petite r mun ration alors que le taux d actualisation d gressif met l accent sur les b n fices futurs Pour r sumer l utilisation des taux d actualisation d gressifs met l accent sur les co ts et les b n fices dans un futur lointain Les opportunit s d investissement avec des b
107. photographie 5 10 Pour des profondeurs plus importantes on aura alors recours des r teaux lest s command s par c bles 5 3 6 Formation de vortex Toute chambre de mise en charge bien con ue ne doit pas seulement minimiser les pertes de charge mais galement pr venir la formation de vortex Ceux ci peuvent appara tre dans des chambres de mise en charge d am nagement basse chute et doivent tre vit s car ils d gradent les performances des turbines particuli rement des turbines bulbe ou puits en e _Induisant des conditions d coulement non uniformes e Introduisant de lair dans l coulement et en cr ant des conditions de fonctionnement d favorables pour les turbines vibrations fluctuations de pression d s quilibre des charges etc e Augmentation des pertes de charge et diminution de rendement e Aspiration de d chets flottants Les crit res pour viter les vortex ne sont pas clairement d finis et il n existe pas de formule permettant de prendre en compte l ensemble des facteurs possibles Cependant selon le comit d di aux prises d eau de l ASCE certaines conditions introduisant une r partition des vitesses non uniformes peuvent favoriser la formation de vortex Celles c1 sont les suivantes e Conditions d approche asym trique e Mauvais recouvrement des structures d entonnement amont e S paration d coulement et formation de remous e Vitesses d approche sup rieures 0 65 m
108. pr sente quelques difficult s et dans de nombreux cas les r sultats ne sont pas satisfaisants lorsque le terrain est aussi h t rog ne et perm able que sur une terrasse alluviale Une nouvelle technique d injection le jet grouting peut garantir la consolidation du terrain en rempla ant les s diments alluviaux par un rideau d injection Cette technique largement utilis e par le DOE Department of Energy USA pour viter l infiltration de d chets toxiques dans les r servoirs de stockage souterrain est toutefois tr s co teuse La figure 4 8 repr sente sch matiquement les r sultats de ce proc d appliqu une centrale hydro lectrique 89 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 4 46 R sultats de l op ration d injection de ciment rivi re F on OL LAdA LL g LL e D p t alluvionnaire O Ondo OO CD ED LT Sous sol rocheux Rideau d injection L l 4 4 Analyse des checs Deux experts reconnus Bryan Leyland Nouvelle Z lande et Freddy Isambert France ont pr sent la Conf rence HIDROENERGIA 95 deux documents traitant de l analyse d checs dans le domaine de la r alisation et exploitation des petites centrales hydro lectrique M Leyland
109. probl me taient une mauvaise prise en compte de l hydrologie et de la stabilit des structures ayant conduit une conception inappropri e 95 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Photographie 4 14 Canal d truit par une pression d l vation Il existe de nombreux autres cas qui pourraient tre d crits pour d montrer les cons quences d une mauvaise valuation de certains param tres en phase de conception ou de construction De telles tudes de cas montrent que le nombre et la diversit des param tres pouvant entra ner un accident sont lev s Elles prouvent par ailleurs que la conception la construction et la supervision de tels am nagements doivent imp rativement tre confi s des entreprises et ing nieurs sp cialis s et comp tents Elles illustrent parfaitement l adage que le bon march est toujours cher et que les tudes les plus ch res sont celles que l on n a pas faites Par Luigi Papetti Studio Frosio Jonas Rundqvist SERO et Celso Penche ESHA 96 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 5 STRUCTURES HYDRAULIQUES 5 1 Introduction Une centrale hydro lectrique est compos e d un certain nombre d ouvrages dont la conception va d pendre du type d am nagement des conditions locales de l acc s aux mat riaux de construction et galement des traditions de construction locales du
110. proposer des mesures de r duction des impacts pouvant facilement tre accept es par les autorit s comp tentes La prise en compte de la Directive Cadre Eau adopt e par l Union Europ enne va introduire des contraintes suppl mentaires en terme cologique Or ces contraintes telles que la construction de passes poissons ou l augmentation du d bit r serv entra neront n cessairement des investissements suppl mentaires et r duiront l int r t financier des projets de PCH Tout ceci pour souligner le fait que la prise en compte de nouveaux objectifs environnementaux n est pas frein e par la r sistance id ologique des d veloppeurs de projets qui bien souvent sont sensibles ces aspects mais plut t par les r alit s d ordre conomique En r alit le probl me environnemental se traduit par des facteurs conomiques limitants 7 2 Identification des charges financi res et des impacts Les impacts des am nagements hydro lectriques sont limit s la zone du site et la technologie utilis e Un ouvrage de haute chute d tournant un cours d eau en montagne sur une longueur importante conduites forc es et situ dans une zone fragile est plus m me de g n rer un impact n faste sur l environnement qu un ouvrage de basse chute parfaitement int gr au site L am lioration des am nagements hydro lectriques existants laquelle la priorit va tre donn e en Europe g n re des impacts rel
111. rents niveaux ce qui sera tr s utile pour affiner la courbe de calibrage du d bit Par des m thodes de dilution et de traceurs Le jaugeage par dilution est particuli rement appropri des petits courants turbulents dans lesquels les profondeurs et les d bits s adaptent mal une mesure par d bitm tre et o un tel dispositif de mesure serait inutilement co teux La m thode consiste d verser une solution chimique dans le cours d eau et pr lever des chantillons en aval une courte distance apr s le m lange complet du produit dans l eau La solution peut soit tre d vers e d bit constant jusqu ce que l chantillon en aval r v le un niveau de concentration constant soit administr e en une dose unique aussi rapidement que possible On parle alors d injection instantan e Dans ce dernier cas 58 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 des chantillons pr lev s sur une certaine p riode de temps font appara tre la corr lation temps concentration Dans les deux cas la concentration de produit dans les chantillons permet de calculer la dilution et d en d duire le d bit du courant L analyse des chantillons est r alis e par une m thode colorim trique automatis e qui value la concentration de tr s petites quantit s de compos s de chrome en les comparant un chantillon de la solution d injection Cet quipement est co teux et
112. repr sent s ci dessous figure 8 3 Figure 8 134 Co ts d investissements clefs en main selon ESTIR pour les petites centrales hydro lectriques minima moyens et maxima 6000 5000 4000 s E Min x 3000 O Med j OMax 2000 1000 0 lt 10 lt 50 lt 100 lt 1000 kW D apr s ces donn es pour les puissances install es les plus faibles les co ts d investissement pour les centrales hydro lectriques peuvent monter jusqu 6 000 kW dans les cas extr mes Toutefois au del d une valuation de co t d investissement d une centrale essentielle pour lancer l analyse conomique il est n cessaire dans une seconde tape de r aliser une tude de faisabilit permettant une analyse compl te des l ments de co ts et de production productible A partir de cette tude pr liminaire les co ts des composants pourront faire l objet de consultations aupr s des fournisseurs Ces prix ne pourront tre consid r s comme fermes qu au moment de l tablissement de sp cifications d taill es et des dates de livraison c est dire dans le cadre de l tape d ing nierie d taill e finale pr c dant l tape de r alisation de la centrale Dans le cas d une centrale connect e au r seau les co ts de r alisation de la ligne de raccordement au poste source doivent tre inclus car en application des dispo
113. rieur 50 du d bit critique de rivi re Qa d fini comme tant celui au del duquel le transport des s diments et d p ts au fond du lit commence Figure 5 60 Courants secondaires dans les courbures de rivi res D p t de mat riaux x l Erosion de la Berge Section a a Rive externe Rive interne 1 Courant de surface O Sa 2 Courant de fond avec transport de s diments Acc l ration lat rale b force centrip te N als 109 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 L utilisation d un canal de d p t de gravier devant la prise permet d emp cher la fois le lit et les mati res charri es par la rivi re d entrer dans la prise Il n y a pas de restriction de d bit Le canal utilise un seuil de 1 0 1 5 m au minimum voir figure 5 16 Sa pente doit tre au moins de 2 de pr f rence 5 Il doit tre prot g contre l abrasion en utilisant un b ton de haute qualit des pierres etc Un mur partiellement immerg 0 8 1 0 m est galement install dans le but d emp cher des mat riaux flottant d entrer dans la prise Les l ments constitutifs principaux d une prise d eau lat rale sont repr sent s dans la figure 5 16 un barrage mobile un canal de d p t de gravier et la prise munie d une grille de protection Figure 5 61 Agencement type d une prise lat rale Vue en plan CU NN Courant de surface Seu
114. sa partie sup rieure voir la figure 2 13 Par d finition 2 36 Le param tre Y est connu comme profondeur hydraulique de la section et joue un r le cl dans l tude de l coulement dans un canal En rempla ant dans l quation 2 35 dA dy par T et A T par Y on obtient FF oF 2 37a o F er 2 37b La quantit F est sans dimension et connue sous le nom de nombre de Froude Lorsque F 1 comme dans l quation 2 37a le d bit est critique Le d bit est torrentiel lorsque F gt 1 et fluvial lorsque F lt 1 Sur la figure 2 13 la ligne AB repr sente le r gime fluvial et AC le r gime torrentiel Comme repr sent sur la figure 2 13 une famille de courbes similaires peut tre trac e pour la m me section et diff rents d bits Q Pour des d bits plus lev s la courbe se d place vers la droite et pour des d bits inf rieurs vers la gauche 45 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 2 21 Energie sp cifique en fonction de la profondeur de l coulement A Q lt Q e Dans les conditions critiques y y y tant la protondeur critique On peut obtenir y partir de l quation 2 37a Pour un canal rectangulaire la profondeur critique est donn e par 2 38 o q Q b est le d bit par unit de largeur de canal Le tableau 2 5 montre les caract ristiques g om tri
115. sec 117 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 e Changements brusques de la direction de l coulement Le mauvais recouvrement des structures d entonnement amont et une approche asym trique semblent tre les causes les plus fr quentes de formation de vortex Lorsque l entr e dans une conduite forc e est assez profonde relativement la surface libre et que l coulement n est pas perturb une formation de vortex est peu probable Des formules empiriques expriment la hauteur minimale de recouvrement d finie sur la figure 5 23 permettant d viter une formation de vortex N anmoins 1l n existe aucune th orie qui prenne enti rement en compte tous les param tres et qui donne l assurance absolue qu aucun vortex ne se cr era 118 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 5 68 Hauteur minimale de recouvrement La hauteur de recouvrement est d finie par hi Les formules empiriques suivantes permettent de d terminer sa valeur minimale V KNAUSS h gt D 11 2 3 5 2 t q D NAGARKAR h gt 4 4 V D0 5 3 ROHAN h 21 474 V D 5 4 GORDON h gt c V yD 5 5 Avec c 0 7245 pour des conditions d coulement asym triques c 0 5434 pour des conditions d coulement sym triques Il est important de souligner que V est la vitesse l int rieur de la conduite en m s et D son diam
116. si la vitesse d coulement initiale est de 1 6 m s a Conduite forc e en acier p _ 1024 4 S 417m b Conduite forc e en PVC P Fi 123m 9 8 143 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Comme le d montre l exemple 5 8 la surpression dans un tuyau en acier est trois fois plus lev e que dans un tuyau en PVC en raison de la plus grande rigidit de l acier S1 la variation de vitesse dans la conduite survient dans un temps sup rieur dix fois le temps critique T une tr s l g re surpression voire aucune ne sera g n r e et le ph nom ne pourra tre ignor En dessous de cette valeur si T gt 2L c la surpression Ps sera en partie contr e par l onde de pression n gative revenant dans l organe r glant Dans ce cas la formule d Allevi permet d estimer la surpression maximum N N AP P P Fa 5 25 o P est la pression hydrostatique due la chute 2 LV wef 5 26 g t o V vitesse de l eau en m s L longueur de conduite forc e totale m P chute brute m t temps de fermeture s La pression totale vue par la conduite forc e est P Po AP Le prochain exemple pr sente l application de la formule d Allievi lorsque le temps de fermeture est compris entre 2 et 10 fois la dur e critique Exemple 5 9 Calculer l paisseur de paroi de la conduite forc e analys e dans l exemple 5 6 si le temps de
117. sont de 1 5 2 0 m Figure 5 73 Conception des canaux Figure 5 74 Canal renforc rectangulaire Un rev tement appropri fournit une protection aux berges Les mat riaux pouvant tre utilis s sont la v g tation des enrochements b tonn s ou non des mat riaux bitumineux ou du b ton Quelques exemples sont pr sent s sur la figure 5 30 Figure 5 75 Mat riaux utilis s pour la protection Bituminous X 47 material Rock blocs Drainage OON concrete with armoring Construction gt g joints filled with 200 300 kg m D 5 m minimum bituminous Geotextile material or filter protection against scour Drainage layer a impermeable screen Dans les am nagements de haute montagne le canal est habituellement construit en b ton arm de sorte que la l gislation environnementale puisse exiger qu il soit recouvert et rev g talis La figure 5 29 montre la section sch matique d un canal de b ton arm rectangulaire dans l am nagement de Cordi anes dont on fait r f rence au chapitre 4 et la photographie 5 16 montre 131 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 le m me canal non encore couvert de dalles en b ton pouvant servir de base pour un nouveau sol et une nouvelle v g tation Quelques fois pour garantir l absence d infiltration le canal est rev tu de membranes g otextiles pour emp cher des glissements de terrain ent
118. sp cifique Aujourd hui les m thodes ci dessus ont t remplac es par une m thode plus cologique d velopp e par Littlewood qui requiert un quipement simple et relativement peu co teux Celle ci est bas e sur la conductivit lectrique de solutions de sel ordinaire NaCl d vers e dans l eau de la rivi re Elle est une version de la m thode de jJaugeage par dilution relative de Aastad et Sognen Figure 3 28 Courbe d volution de la conductivit en fonction du temps g E TD Q Le d bit est mesur en injectant progressivement un volume connu V d une solution de sel concentr e dans le cours d eau un taux connu q En mesurant de courts intervalles l volution de conductivit l extr mit aval de la longueur de m lange 1l est possible de tracer une courbe conductivit temps pendant une dur e T comme sur la figure 3 5 La moyenne des ordonn es de cette courbe repr sente la moyenne de la diff rence de conductivit entre les solutions de sel et l eau du cours d eau en amont du point d injection Si un petit volume v de la solution concentr e est ajout un grand volume V de l eau du cours d eau et que les diff rences de conductivit Ac sont mesur es le d bit sera donn par l quation V V Ac Oa ee 3 5 1 v Ac o V volume de la solution inject e T2 dur e de ou des injections de solut V volume de la solution concentr e ajout e un p
119. sujet de l environnement sont principalement l origine de ces d lais Les autorit s impliqu es dans l instruction des dossiers semblent justifier ces d lais par le fait que la plupart de ces dossiers concernent des am nagements de petite taille Cependant on semble oublier que par d finition les nergies renouvelables sont d centralis es et que les petites centrales et les oliennes peuvent contribuer de mani re significative la production Third Conference of the Parties to the United Nations Framework on Climate Change White Paper for a Community Strategy and Action Plan Energy for the future renewable sources of energy Directive 77 EC of the European Parliament and of the council of 27 September 2001 on the promotion of electricity produced from renewable sources in the internal electricity market Calcul bas sur l hypoth se d une mission moyenne de 0 43 kg kWh quivalent l mission de gaz effet de serre d une centrale au gaz naturel 200 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 d nergie renouvelable En raison de leur emplacement dans des zones locales sensibles les impacts environnementaux doivent tre soigneusement pris en compte actions compensatrices mais le fait que la production d nergie par les PCH n entra nent pas d mission de dioxyde de carbone ni de polluants liquides devrait tout autant t
120. supporter qu une surpression tr s r duite 9 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Photographie 4 10 Les effets des infiltrations sous le canal Il a donc t n cessaire de modifier les soupapes de d charges et les vannes d entr e afin de limiter la surpression dans la conduite 3 au maximum La construction d une chemin e d quilibre n a pas t possible le sol ne pouvant pas supporter son poids Fort heureusement l excellente coop ration avec le fournisseur des quipements a permis de terminer la r habilitation en avance et en dessous du budget Les le ons de cet chec sont e les caract ristiques des mat riaux volcaniques sont hautement variables et souvent ind sirables une analyse des sols et des risques aurait d tre faite e lorsque des fuites sont identifi es sur un canal il faut s assurer d avoir identifier le probl me et ses causes avant de choisir et d appliquer une solution e lorsqu il semble in vitable d abandonner une installation effondr e pensez m me ce qui vous semble impossible Il ne peut pas y avoir grand chose perdre La Marea Espagne L installation de La Marea comporte une turbine Francis de 1 100 kW pour un d bit de 1 3 m s et une chute de 100 m Les figures 4 10 et 4 11 donnent un description sch matique de l am nagement lequel inclut un petit barrage sur le Rio Marea muni d une passe poissons Dep
121. terminent la forme et la taille du b timent Comme illustr par les figures 6 1 et 6 2 la centrale comportera tout ou partie des quipements suivants e Grille d entr e e Vanne de garde e Turbine e Multiplicateur de vitesse si n cessaire e G n rateur e Syst me de contr le et commande e Batterie de condensateurs en cas d utilisation d un g n rateur asynchrone e Connexion au r seau e Disjoncteurs et syst mes de protection e Alimentation d urgence en courant continu CC e Transformateurs de courant et d nergie e etc La figure 6 1 est une coupe sch matique d une centrale basse chute int gr e la retenue L am nagement est constitu de l amont vers l aval de la chambre de mise en charge prot g e par une grille d une turbine Kaplan axe vertical accoupl e au g n rateur via un multiplicateur de l aspirateur et du canal de fuite Le contr le commande et les transformateurs sont galement int gr s dans la centrale L impact environnemental de la centrale peut tre par ailleurs r duit en adoptant une configuration enti rement immerg e voir chapitre 1 Figure 1 6 r duisant autant que possible son impact visuel et ses missions sonores 151 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 6 83 Coupe sch matique d une centrale basse chute int gr e au barrage HT i lt 2 NL Le j R seau Transformateur
122. toute la surface ceci sans d formation excessive Photographie 5 21 Dromes pr fabriqu es Figure 5 65 Agencement de dromes e ee blocs d ancrage i d qr A a wi L MA he 1S j e j e TE AR COREEA S TAS K EEA x Fi ae Y M A gt N a oi A N Se NS FRANS EE AE NULS L RRNU NSR A E RTS i D ae THESS chaines d ancrage b L chaines de s curit CE blocs d ancrage section pivotante prise d eau LL 1 DISS e m vannes secteur Lorsque la rivi re charrie de gros mat riaux solides des dromes flottantes peuvent tre install es en amont des grilles La drome la plus simple est constitu e d une s rie de pi ces flottantes en bois reli es aux extr mit s aide de c bles ou de cha nes Toutefois des dromes modernes pr fabriqu es en acier ou plastique support es par des c bles en acier sont aujourd hui disponibles photographie 5 9 Leur mise en place est cependant critique leur configuration courb e dans le sens de l coulement ne leur conf rant pas une action d auto nettoyage lors des de crues La figure 5 20 montre un agencement de dromes relativement complexe dont le but double est d emp cher les bateaux de passer par dessus le seuil et de prot ger la prise adjacente Une section de la drome est pivotante de sorte que des treuils puissent la manipuler afin de laisser les d chets flottants sur le seuil lorsque de grandes quantit s doivent passer La grille est
123. toutes celles fonctionnant couramment sont autoris es recevoir le tarif d achat garanti pendant les 10 premi res ann es d exploitation b Nouvelles centrales les centrales obtenant tous les permis de planification entre 1 janvier 2003 et 31 d cembre 2005 et qui d butent la g n ration la fin 2006 sont autoris es recevoir le tarif d achat pendant les 13 premi res ann es d exploitation Portugal Tarif d achat Finlande March nordique plus prime Su de Certificats verts ce syst me a t d but le 1 mai 2003 Royaume Uni Prix de march march de l nergie NETA et Renewable Energy Obligation Certificates ROC uniquement disponible pour une hydro lectricit jusqu 20 MW lorsque que les centrales ont t construites apr s 1990 ou si construites avant 1990 et quip es de nouvelles roues de turbines et d quipement de contr le Egalement les centrales commissionn es depuis 2000 sont qualifi es pour les ROC A 3 CONTRAINTES Les contraintes majeures au d veloppement suppl mentaire de l lectricit SER en UE sont les proc dures administratives et d am nagement auxquelles les producteurs potentiels doivent se conformer Cet aspect a t soulign par ESHA au nom d un grand nombre d d organisations repr sentatives des producteurs de petite hydro lectricit Il doit tre not que ces r glementations souvent d velopp es la fois pour des projets de production
124. tre hydraulique en m En compl ment une hauteur minimale de recouvrement 1l est possible de limiter l installation de conditions d coulement asym triques par une conception appropri e de l entonnement ou par l installation de certaines structures comme par exemple parois verticales piles gilles radeau etc 5 4 Bassins de d cantation 5 4 1 G n ral Les prises d eau en rivi re sont con ues pour liminer les mat riaux charri s par le cours d eau Toutefois elles ne peuvent pas emp cher l entr e des s diments en suspension Pour cela un bassin de d cantation doit tre construit en aval de la prise L objectif principal d un tel bassin est d viter un colmatage des structures en aval canaux conduits etc et de limiter les dommages possibles sur les quipements m caniques et hydrauliques Un bassin de d cantation se base sur le principe de diminution des vitesses et des turbulences d coulement c est dire sur une d cantation de s diments en suspension dans le bassin La diminution est obtenue par un largissement du canal contr l par un d versoir en aval comme repr sente sur la figure 5 24 119 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 5 69 Bassins de d cantation d cantation d versoir d p t de s diments l ment de chasse gt re p canal de chasse DE canal de chasse Un syst me d clus
125. une instabilit Des formations colluviales issues de l alt ration m canique de surface de roches par les intemp ries et des processus de solifluxion tr s actifs dans des environnements de haute montagne o le sous sol est humide de mani re saisonni re ou permanente peuvent galement compromettre la stabilit du canal Des solutions de drainage ou de gunitage peuvent entre autres tre recommand es Au bout du canal la chambre de mise en charge de la conduite forc e fait office de mini r servoir Les autorit s exigent fr quemment que toutes les sections d endiguement retenant l eau soient soumises une analyse de stabilit quelle que soit leur configuration Le trac de la conduite forc e g n ralement dans des zones forte pente peut poser des probl mes d ancrage ainsi que d impact visuel En fond de la vall e les fondations de la centrale souvent construite sur une 80 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 ancienne terrasse alluviale peuvent poser des probl mes qu il est g n ralement possible de r soudre en utilisant des techniques comme l injection de b ton 4 3 1 M thodologies De nombreuses techniques g omorphologiques peuvent tre utilis es Les plus communes sont les suivantes Photog ologie Comme mentionn ci dessus la photogramm trie des chelles de 1 10 000 1 5 000 permet au g ologue d identifier les types de roches
126. une perte d nergie de 1 8 ce qui reste raisonnable 3 5 D bit r serv Tout pr l vement incontr l dans un cours d eau peut conduire un ass chement partiel ou total d un tron on Bien qu une installation hydro lectrique en d rivation restitue cette eau apr s usage 1l n en reste pas moins qu elle court circuite un tron on de rivi re Il convient donc de prendre des mesures pour limiter les impacts n gatifs sur la faune et la flore aquatique Dans ce but l autorisation d livr e pour la r alisation d une centrale hydro lectrique comme toute autorisation de pr l vement ou d rivation d autres fins sp cifie toujours un d bit minimal devant en tout temps transiter par le lit normal de la rivi re On qualifie alors ce d bit de d bit r serv Suivant les pays ou les autorit s responsables d autres termes sont galement employ s tels que d bit r siduel d bit prescrit d bit de compensation d bit de restitution d bit de dotation Le d bit r serv doit tre valu avec soin puisqu un d bit trop faible provoque des dommages sur la vie aquatique et qu un d bit inutilement lev a un impact non n gligeable sur la production d nergie particuli rement pendant les p riodes d tiage donc sur la rentabilit de l installation 3 6 Estimation de la puissance d une centrale et de la production nerg tique La courbe des d bits class s permet de s lectionner le d bit nomin
127. unit s de fabrication de b ton D autres impacts non n gligeables sont l effet de barri re et l alt ration de l coulement r sultant d une d rivation provisoire du cours d eau Il est pr cis qu en g n ral les PCH ne sont pas concern es par ce type de travaux plut t r serv s aux grands am nagements Toutefois les impacts g n r s par la construction d un barrage ne diff rent pas de ceux induits par une quelconque infrastructure de grande chelle dont les effets et les mesures de r duction sont bien connues 203 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 7 3 2 Canaux d entr e d eau canaux ouverts conduites forc es canaux de fuite Les impacts g n r s par la construction de ces structures sont d crits dans le Tableau 7 22 comme par exemple le bruit affectant la faune le danger de l rosion des terrains en raison de la perte de v g tation due aux excavations la turbidit de l eau et le d p t de s diments en aval etc Pour r duire de tels impacts 1l est fortement conseill que le travail d excavation soit r alis la saison des basses eaux et que le terrain soit restaur aussi vite que possible Dans n importe quel cas ces impacts sont toujours transitoires et ne constituent pas un s rieux obstacle la bonne conduite de la proc dure administrative d autorisation Pour favoriser son r le de protection contre l rosi
128. 1 doit tre con ue en accord avec le distributeur local Elle d pend des caract ristiques de l am nagement et de la configuration du syst me propre la centrale ainsi que du mode d exploitation Un quipement de comptage doit tre install au point d injection pour enregistrer la quantit d nergie livr e au r seau 6 7 Contr le commande Les petites installations hydro lectriques sont habituellement sans surveillance et fonctionnent de mani re automatique Pour des raisons de co t et de facilit d exploitation le futur propri taire aura tout int r t choisir un syst me simple et de qualit Toutes les centrales n tant pas identiques 1l est pratiquement impossible de d terminer a priori le type d automatisme installer dans un am nagement donn Il existe toutefois un certain nombre de r gles g n rales dont la liste est donn e ci apr s a Le syst me doit inclure les alarmes et dispositifs n cessaires pour d tecter un dysfonctionnement grave impliquant l arr t de l unit ou de la centrale et sa mise en s curit b Des donn es fonctionnelles pertinentes sur la centrale doivent tre rassembl es pour prendre les bonnes d cisions relatives l exploitation et la maintenance Elles doivent tre stock es dans une base de donn es de mani re pouvoir effectuer une valuation ult rieure de la performance de la centrale et pouvoir d tecter d ventuelles d viations au cours du tem
129. 3936 0 3714 0 3503 0 3305 0 3118 0 2942 0 2775 0 2618 0 2470 0 2330 0 2198 0 2074 0 1956 0 1846 0 1741 0 1643 0 1550 0 1462 0 1379 0 1301 0 1227 0 1158 0 1092 0 1031 0 0972 Coefficient d actualisation pour diff rentes p riodes n et un taux 8 70 10 12 6 0 9434 1 8334 2 6730 3 4651 4 2124 4 9173 5 5824 6 2098 6 8017 7 3601 7 8869 8 3838 8 8527 9 2950 9 7122 10 1059 10 4773 10 8276 11 1581 11 4699 11 7641 12 0416 12 3034 12 5504 12 7834 13 0032 13 2105 13 4062 13 5907 13 7648 13 9291 14 0840 14 2302 14 3681 14 4982 14 6210 14 7368 14 8460 14 9491 15 0463 8 0 9259 1 7833 2 5771 3 3121 3 9927 4 6229 5 2064 5 7466 6 2469 6 7101 7 1390 7 5361 7 9038 8 2442 8 5595 8 8514 9 1216 9 3719 9 6036 9 8181 10 0168 102007 10 3711 10 5288 10 6748 10 8100 10 9352 11 0511 11 1584 11 2578 11 3498 11 4350 11 5139 11 5869 11 6546 11 7172 11 7752 11 8289 11 8786 11 9246 10 ESHA 2005 12 8 4 M thodes d valuation conomique La m thode du temps de retour actualis est la plus facile mettre en oeuvre cependant la plupart des experts comptables pr f rent utiliser la valeur actuelle nette et le taux de rentabilit interne TRI Ces m thodes prennent en compte la valeur temporelle de l argent Lorsque l on compare diff rents projets la m thode la plus rapide d valuation est de calculer le ratio exprimant le co t d investis
130. 4 Measurement of liquid flow in open channels Tracer dilution methods for the measurement of steady flow Part 1 General ISO 3846 1989 Liquid flow measurement in open channels by weirs end flumes Rectangular broad crested weirs ISO 3847 1977 Liquid flow measurement in open channels by weirs and flumes End depth method for estimation of flow in rectangular channels with a free overfall ISO 4359 1983 Liquid flow measurement in open channels Rectangular trapezoidal U shaped flumes ISO 4360 1984 Liquid flow measurement in open channels by weirs and flumes Triangular profile weirs 10 ISO 4362 1992 Measurement of liquid flow in open channels Trapezoidal profile Par Jonas Rundqvist SERO Bernhard Pelikan VFK Vincent Denis MHyLab et Celso Penche ESHA 78 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 4 METHODOLOGIES D EVALUATION DES SITES 4 1 Introduction La s lection d un site d pend essentiellement de la d nivellation et du d bit exploitable puisque ces deux l ments doivent tre r unis pour envisager la construction d une centrale hydro lectrique Le chapitre 3 d crivant les diff rentes m thodes applicables pour d terminer le d bit d un cours d eau ce chapitre se limitera la pr sentation des autres tudes n cessaires l valuation d un site potentiel La d nivellation haute
131. 4 3 2 4 Formules bas es sur la vitesse et la profondeur d eau Dans le cas de ces m thodes nous avons galement une grande variation de valeurs sugg r es pour les param tres typiques La vitesse d eau peut s chelonner de 0 3 m s m thode Steiermark 1 2 2 4 m s m thode Oregon et la hauteur d eau doit tre sup rieure 10 cm m thode Steiermark ou 12 24 cm m thode Oregon D autres formules correspondant ce type de m thode sugg rent un d bit r serv la hauteur d eau de la rivi re la section consid r e 30 40 1 s par m tre d paisseur ou au p rim tre mouill dans le cas d un d bit r serv le p rim tre mouill doit valoir au moins 75 du d bit non perturb Avantages de cette m thode e Caract ristiques principales de d bit maintenues 215 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 e Forme du profil pouvant tre incluse dans le calcul e Approche sp cifique la rivi re e Donn es hydrologiques non n cessaires e Uniquement des liens indirects et g n raux avec les param tres cologiques e _Appropri e pour valuer les cons quences de la production d nergie de l am nagement Inconv nients e Pente et forme du plan d eau naturel n entrant pas dans le calcul e Longueur de d rivation et effets des affluents et des extractions non consid r s e Sans mesures de restructuration de rivi re ces
132. 5 28 m 17 5 0 011 D 2 3 5 28 0 717 2 0 002 Lorsque la section de canal la pente et le d bit sont connus et que la profondeur d est demand e l quation 5 12 ni aucune autre ne fournit de r ponse directe des calculs 1t ratifs doivent par cons quent tre r alis s Exemple 5 3 Soit un canal ouvert trap zo dal d une largeur de radier de 3 m et dont les berges ont une pente de 1 5 1 Le coefficient de Manning du canal est de 0 013 La pente du lit est de 0 0016 et le d bit est de 21 m3 s Calculer la profondeur Selon le tableau 2 5 l aire A et le p rim tre mouill P sont donn s par A b zy y 3 1 5y y P b 2yJ 1 0 5z 3 3 6y 128 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 A l aide de 5 13 calculer A et R pour les diff rentes valeurs de y jusqu trouver une valeur du facteur de section A R approchant 6 825 Pour y 1 5 m A 7 875 R 0 937 AR 7 539 Pour y 1 4 m A 7 140 R 0 887 AR 6 593 Pour y 1 43 m a 7 357 R 0 902 AR 6 869 Selon les r sultats ci dessus la profondeur normale est l g rement au dessous de 1 43 En utilisant le logiciel FlowPro mentionn dans le chapitre 2 1l sera directement calcul les r sultats apparaissant comme sur la vue d cran ci dessous On a alors une profondeur de 1 425 avec A 7 323 P 8 139 R 0 900 et un facteur de section de 6 826 Depth Fowrate Slope and Hou
133. 65 5 137 055 4 416 098 3 704 995 3 003 645 2 311 953 1 629 821 957 155 293 858 360 162 1 004 998 1 640 743 2 267 486 2 885 318 3 494 329 4 094 605 4 686 236 5 269 306 5 843 903 6 410 109 6 968 010 7 517 689 8 059 227 8 592 706 9 118 207 9 635 809 10 145 592 10 647 633 11142011 11 628 800 12 108 079 1 379 921 13 044 401 Dans cette analyse 1l est suppos que le projet est d velopp sur 4 ans La premi re ann e sera consacr e l tude de faisabilit et la demande d autorisation Ensuite la fin de la premi re ann e le co t de l tude de faisabilit et la moiti du co t de la ma trise d uvre du projet seront factur s A la fin de la deuxi me ann e l autre moiti du co t de conception et de management du projet sera d caiss A la fin de la troisi me ann e 60 du g nie civil sera termin et 50 de l quipement lectrom canique sera pay A la fin de la quatri me ann e toute la conception est termin e et pay e L am nagement est mis en service la fin de la quatri me ann e et devient op rationnel au d but de la cinqui me ann e ann e z ro Les recettes d lectricit augmentent et les co ts de maintenance et d exploitation ou co ts MO sont calcul s la fin de chaque ann e Les prix de l lectricit augmentent d un point de moins que le taux d inflation La dur e de validit du droit d eau a t fix e 35 ans en commen ant partir
134. 690 V Elles permettent l utilisation de transformateurs de distribution BT MT standard pour la connexion au r seau et l utilisation directe du courant produit pour alimenter les auxiliaires de la centrale Pour des puissances sup rieures quelques MVA des g n rateurs fonctionnant en moyenne tension MT de l ordre de quelques kV sont disponibles La connexion au r seau se fait alors soit sans transformateur soit avec un transformateur sp cifique MT HT L alimentation des auxiliaires se fait alors au moyen d un transformateur ind pendant HT BT Tableau 6 21 Niveau de rendement des petits g n rateurs Puissance nominale kW Meilleur rendement 10 0 910 50 0 940 100 0 950 250 0 955 500 0 960 1000 0 970 6 4 1 Configurations des g n rateurs Les g n rateurs peuvent tre construits pour tre axe horizontal ou vertical La figure 6 34 montre une turbine Kaplan axe vertical tournant 214 t min et directement coupl e un alternateur basse vitesse 28 p les L inertie des petites machines tant faible 1l est courant d ajouter un volant d inertie permettant de lisser les variations de vitesse et ainsi assister la r gulation de la centrale 187 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 6 116 G n rateur axe vertical coupl directement une turbine Kaplan L un des crit res de conception de l alternateur concerne ses paliers On n aura en e
135. CR Notez les caract ristiques de la pente chelonn e en aval Barrage contreforts Ceux ci sont constitu s d une face en amont continue divis e en sections verticales s par es par des joints de dilatation chaque section tant support e par un contrefort Les sections transversales sont similaires celles des barrages poids Dans des climats froids la face amont peut tre sensible au gel endommageant le b ton Pour cette raison les barrages contrefort dans de telles r gions sont souvent couverts l aval de mani re limiter les effets du climat La photographie 5 1b droite repr sente un exemple de barrage contrefort Notez que l vacuateur poss de une structure similaire Photographie 5 15 Exemples de barrage poids BCR a et de barrage contreforts b Barrages vo te et en coupole Leurs structures arcs horizontaux transmet la pression d eau sur la face amont aux but es lat rales plut t que dans les fondations Les barrages vo tes peuvent tre con us avec un rayon constant selon la hauteur du barrage ou en variant les rayons barrages en coupole Les barrages vo tes ayant un rayon constant ont une section transversale verticale et droite Ces barrages sont soumis des contraintes consid rables puisque la d formation du barrage sera souvent la plus lev e au niveau du centre vertical du barrage Cela implique que le barrage soit fortement renforc pour viter les fissures et les fu
136. DE DESCRIPTION Hauteur d eau Hauteur d eau Haute Autriche gt 20 cm 7 150 Styrie Don 2 290 Miksch 30 40 1 S Miurgeur 600 800 Tyrol a Sau 4 450 7 150 Tableau 7 27 M thodes bas es sur une analyse multicrit res en consid ration des param tres cologiques D BIT R SERV 1 5 D BIT R SERV 1 5 PQI 7 9 163 210 PQI 50 70 Qsss 690 966 M THODE DESCRIPTION M THODE DESCRIPTION Haute Hauteur d eau 3 6 4 3 L s km 432 516 Styrie 2 290 Autriche gt 10 cm Les exemples class s ci dessus montrent une variabilit importante des r sultats obtenus et souligne la difficult d appliquer l une ou l autre de ces m thodes pour d terminer le d bit r serv l aval d un ouvrage de d rivation vers un am nagement hydro lectrique En particulier l application des formules bas es sur la vitesse et la profondeur d eau am ne des valeurs 1rr alistes Dans ce contexte 1l est justifi de r fl chir des m thodes de restructuration des rivi res pour r duire la valeur du d bit r serv Cette approche donne la double opportunit d atteindre une meilleure efficacit environnementale du d bit r serv profondeurs et vitesses adapt es aux exigences de l cosyst me et une augmentation de la production d nergie partir de sources renouvelables Il doit tre soulign que si l une des m thodes biologiques pour d finir la valeur du d bit r serv est utilis e
137. ESHA 2005 L appareillage de connexion doit tre install pour contr ler le g n rateur et pour le connecter au r seau Il doit galement fournir une protection au g n rateur au transformateur principal et au transformateur auxiliaire Le disjoncteur du g n rateur air magn tique ou sous vide est utilis pour le connecter ou le d connecter au r seau lectrique Les transformateurs de mesure tant la fois des transformateurs de puissance TP et des transformateurs de courant TC sont utilis s pour abaisser les tensions et courants un niveau compatible la mesure L quipement de contr le commande du g n rateur est utilis pour contr ler sa tension son facteur de puissance et les disjoncteurs La protection du g n rateur asynchrone doit inclure parmi d autres dispositifs un relais de d clenchement anti retour de puissance donnant une protection contre le fonctionnement en moteur un relais de courant diff rentiel contre les d fauts internes l enroulement du stator un relais de d faut de mise la terre etc La protection du transformateur de puissance inclut un relais de surcharge instantan et un relais de surcharge temporis pour prot ger le transformateur principal lorsqu un d faut est d tect dans le syst me de barres de connexion ou en cas de d faut interne au transformateur de puissance Le producteur ind pendant est responsable de la mise la terre de son installation Celle c
138. General Framework for Legislation and Authorization Procedures in the European Union Petite Hydro lectricit Cadre G n ral pour la L gislation et Proc dures d Autorisation dans l Union Europ enne Bien qu il n ait pas t actualis ce document comporte de nombreux chapitres encore valides Le rapport est disponible sur le site Internet de PESHA www esha be 19 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Les autres points tr s importants pour le promoteur sont les tarifs de vente ainsi que les proc dures administratives de raccordement Ceux ci d pendent de la politique nerg tique et du cadre institutionnel de chaque pays une pr sentation d ensemble figure dans l Annexe A du chapitre 9 Par Celso Penche ESHA Francis Armand t ADEME Vincent Denis MHyLab et Christer S derberg SERO 20 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 2 PRINCIPES HYDRAULIQUES 2 1 Introduction L hydraulique est bas e sur les principes de la m canique des fluides bien que beaucoup de relations empiriques soient utilis es dans la pratique A ce jour il n existe pas de m thodologie g n rale pour l analyse math matique du mouvement des fluides Si on se base sur la longue exp rience accumul e 1l existe certainement des solutions particuli res des probl mes sp cifiques L exp rience hydraulique remonte 2500 ans l
139. Il semble cependant que la chute ne soit pas un facteur d cisif Une turbine fonctionnant avec une chute de 12 m tres produit une mortalit similaire une turbine fonctionnant avec une chute de 120 m L l vation de la roue au dessus du niveau d eau aval est un facteur tr s important puisque c est d elle que d pend le risque de cavitation en sortie de roue Plus une turbine est efficace moins elle entra ne de mortalit Une turbine fonctionnant la puissance nominale entra ne par cons quent moins de mortalit qu une turbine fonctionnant charge partielle Les principales causes de mortalit sont dues e aux dommages m caniques par collision avec des corps solides e au distributeur ou aux aubes de turbine e aux forts gradients n gatifs de pression entre l amont et l aval de la turbine e aux effets de cisaillements produits au niveau des intersections sur les coulements haute vitesse dans des directions oppos es R cemment un proc d innovateur utilisant une prise d eau d riv e des prises tyroliennes a t utilis dans le but de prot ger les poissons Le dispositif utilise l effet de Coanda un coulement tend suivre la surface d un corps solide plac sur sa trajectoire De plus la section en forme de V des barreaux de la grille est inclin e sur son support figure 7 12 produisant des effets de cisaillement le long de la surface de la grille Figure 7 130 Sch ma de
140. Moody et de Walllingford ainsi que la formule de Manning Ce chapitre se limitera donc essentiellement illustrer l utilisation de ces relations et graphique en r solvant des exemples concrets Un simple crit re pour le choix du diam tre est de limiter la perte de charge un certain pourcentage Une perte d nergie de 4 est habituellement admise Une approche plus rigoureuse consiste s lectionner diff rents diam tres possibles en calculant la puissance disponible et l nergie annuelle produite La valeur de cette perte d nergie par rapport la dur e de vie de la centrale est calcul e et d termin e pour chaque diam tre figure 5 34 Parall lement le co t de la conduite pour chaque diam tre est galement d termin Les deux courbes sont superpos es graphiquement et le diam tre optimal sera celui le plus pr s de la valeur optimale En fait les pertes de charge principales dans une conduite forc e sont les pertes de frottement Les pertes de charge caus es par les turbulences au passage de la grille amont l entr e de la conduite dans les coudes les dilatations les contractions et les vannes sont des pertes mineures Par cons quent une premi re approche va suffire pour calculer les pertes de frottement en utilisant par exemple l quation de Manning h 2 792 103 5 16 En examinant l quation ci dessus on peut voir qu en divisant le diam tre par deux on aurait les pertes multipli es
141. PETITE HYDROELECTRICITE GUIDE TECHNIQUE POUR LA REALISATION DE PROJET aoaea des potes ISET Cermarune de Jawie HHyl ah Ce document est la version fran aise du Layman s Guidebook on how to develop a small hydro site cr dans le cadre de l ESHA traduit et r vis en 2005 par l Ademe Fr MHyLab CH et SCPTH Fr ESHA European Small Hydropower Association Association Europ enne de la Petite Hydro lectricit Maison des Energies renouvelables 63 65 Rue d Arlon B 1040 Bruxelles Belgique T 32 2 546 1945 F 32 2 546 1947 E maria laguna esha be I www esha be RESUME D velopper une petite centrale hydro lectrique n est pas une t che facile Ceci inclut une s rie importante d aspects consid rer du choix du site jusqu au fonctionnement de la centrale Cela demande galement une connaissance g n rale diversifi e du promoteur sur des questions financi res l gales administratives et techniques Ce guide rassemble tous ces aspects tape par tape servant d outil au promoteur potentiel d une petite centrale hydro lectrique Il est divis en neuf chapitres Le chapitre 1 introduit les concepts fondamentaux tels que la d finition d une petite centrale hydro lectrique les types d am nagements et les mani res d exploiter la ressource en eau Il donne une vue d ensemble du contenu du guide Les chapitres suivants d crivent les tapes essentielles suivre pour une valuation
142. Protection de l environnement Elle ne couvre pas seulement la conservation des espaces et des esp ces et la classification de territoires pour les prot ger de l activit humaine mais elle int gre galement l environnement dans des actions d am nagement Il faut donc concevoir des projets qui respectent l homme les paysages et les milieux naturels qui conomisent l espace et les ressources naturelles et qui limitent la pollution de l eau de l air et du sol e Informations aux autorit s publiques et au public En tant qu outil d information des autorit s publiques l tude d impact est une pi ce officielle du dossier administratif Elle est galement un outil d information du public en particulier dans les enqu tes publiques e Aide la d cision De part son analyse scientifique et technique des contraintes environnementales l tude d impact constitue une des tudes pr liminaires que le ma tre d ouvrage doit conduire Associ e aux tudes techniques et conomiques elle contribue l am lioration du projet 9 2 2 2 D bit r serv Le d bit d eau utilis pour produire de l lectricit est traditionnellement l objet principal de discussions entre investisseurs d un c t et p cheurs agences environnementales associations pour la pr servation de l environnement de l autre Le monteur de projet qui souhaite produire de l lectricit sans porter atteinte l environnement glo
143. Public de loisir Bruit provenant de Ne a a Public Alt ration de la qualit de ni vie lectrom canique Suppression de mat riaux Ehi Am lioration de la qualit partir du lit de cours Vie aquatique public qu Haute Pen de l eau 7 3 Impacts pendant la phase de construction Des ouvrages selon leur configuration sur une d rivation ou sur un r seau d irrigation ou d eau potable etc ont des impacts tr s diff rents pendant la phase travaux aussi bien qualitativement que quantitativement Un am nagement b n ficiant d un barrage existant aura un impact tr s limit puisque l ouvrage de retenue a d j t construit les mesures compensatoires n cessaires ayant d j t int gr es L int gration de turbines en aval d un canal d amen e existant ou de conduites forc es existantes ne va pas introduire de nouveaux impacts en r f rence ceux engendr s par l existence de ces structures Au contraire des am nagements n cessitant la r alisation d un d tournement du cours d eau consid r n cessite une analyse particuli re 7 3 1 R servoirs Les impacts g n r s par la construction d un barrage et la construction d un r servoir associ incluent outre les excavations du terrain la construction et l ouverture de routes pour les op rations de construction de plateformes de travail ventuellement des travaux l explosif et m me selon la taille du barrage des
144. ROENERGIA 97 sur le programme THERMIE H Pauwels de la DG TREN l a d montr Il traduit les donn es issues de centrales connues dans le cadre du 236 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 programme THERMIE en un co t d investissement en kW install pour diff rentes cat gories de centrales param tres puissances install es et hauteurs de chutes Sans surprise deux caract ristiques ressortent clairement de ce travail repr sent par la figure 8 1 ci dessous les co ts augmentent lorsque la hauteur de chute diminue et de mani re similaire lorsque la puissance install e kW de la centrale diminue En conclusion les petits am nagements moins de 250 kW et ou de basse chute moins de 15 m repr sentent les co ts les plus lev s Egalement pr sent HIDROENERGIA 97 partir du progiciel Hydrosoft un ensemble de courbes corr lant le co t d investissement en kW la capacit install e entre 100 kW et 10 MW pour des am nagements de basse chute 2 3 4 et 5 m de chute a t trac et est pr sent la figure 8 2 Des chiffres plus r cents manant de ESTIR en d cembre 2002 estiment l volution des co ts d investissement des petites centrales hydro lectriques en fonction de la capacit install e en kW la hauteur de chute n est pas prise en compte Ces co ts sont class s pour diff rentes cat gories de puissance install e et sont
145. STRUCTURES TARIFAIRES amp SCHEMAS DE SOUTIEN La promotion des nergies renouvelables visant augmenter leur contribution la production nerg tique de mani re notable en assurant des sch mas de soutien efficaces et appropri s est au c ur des objectifs politiques sur l nergie de l UE s curit et diversit d alimentation comp titivit et protection environnementale D autre part les SER vont avoir besoin d un soutien court et moyen terme pour d velopper et remplir les conditions de Kyoto Les raisons du besoin de soutien sont li es deux l ments e Le co t L inconv nient majeur des SER aujourd hui dans les conditions du cadre actuel caract ris es par la non internalisation des co ts externes de production d nergie est leur co t qui tend tre sigmficativement sup rieur ceux des sources d nergies conventionnelles Les sources d nergie conventionnelles ne paient non seulement pas leurs co ts externes totaux mais par dessus tout sont galement fortement subventionn es Une recherche conduite par PUE dans le cadre du projet ExternE montre que le co t d lectricit g n r partir de p trole dans l UE doublerait en moyenne si les co ts externes pour l environnement et la sant taient inclus En cons quence l lectricit g n r e par des sources d nergies renouvelables ne peut pas tre comp titive sur un march libre par rapport une source conventio
146. UR LE MARCHE INTERIEUR DE L ELECTRICITE INTRODUCTION Le secteur europ en de l lectricit s loigne du monopole vers un march comp titif dans lequel les consommateurs auront l opportunit de choisir parmi diff rents fournisseurs Cela est d j en cours dans quelques tats membres EM de l Union Europ enne UE comme l Autriche le Danemark la Finlande l Allemagne l Espagne la Su de et le RU o l ouverture du march d clar e est de 100 et en r sum il en sera de m me dans tous les Etats Membres Nous nous loignons des sch mas r glementaires complexes pour une plus grande confiance dans les m canismes du march Un l ment essentiel des nouvelles r glementations du march est d assurer qu elles am nent le march restructur vers des ressources plus propres compatibles avec l int r t public Les scientifiques experts en climatologie sont en grande majorit d accord avec le fait que les gaz effet de serre sont responsables du changement climatique et qu ils entra nent de s rieux dommages sur l environnement de la plan te avec des cons quences importantes pour l humanit De plus PUE doit se conformer au Protocole de Kyoto et am liorer la s curit de l alimentation en ressources d nergies en utilisant des ressources d nergie locales afin de r duire notre d pendance en combustibles import s Dans ce nouveau contexte la position du march du secteur de l
147. W Puissance install e Puissance totale maximum des unit s de production d une centrale hydro lectrique R gulateur Dispositif de commande qui ajuste le d bit traversant la turbine d apr s le signal de sortie d un d tecteur vitesse de turbine niveau d eau dans la retenue etc Revanche Dans un canal la hauteur du bord au dessus du niveau d eau Sur un barrage 1l s agit de la hauteur de la structure en rive permettant d viter le passage de la crue en dehors du d versoir pr vu cet effet Survitesse Vitesse de rotation maximale de la turbine lorsque celle ci est travers e par le d bit nominal mais que le g n rateur n oppose aucune r sistance coupure du r seau Taux d utilisation Rapport entre le nombre d heures par an ou autres unit s de temps de fonctionnement d une centrale et le nombre d heures dans une ann e ou autres unit s de temps c est dire 8766 ce rapport n est pas le facteur de charge Vanne glissante Vanne tablier vertical glissant dans des rainures l aide de patins de glissements ou galets actionn e manuellement ou par un v rin lectrique hydraulique ou un cric Vanne papillon Vanne compos e d une lentille pouvant tourner autour d un axe de rotation perpendiculaire l axe de la conduite g n ralement actionn e par un v rin mais disposant galement d un volant manuel Vitesse synchrone Vitesse de rotation du g n rateur permet
148. a sur le cercle de vannage et modifiera la position des directrices Dans une turbine Pelton il agira sur la tige des pointeaux Enfin dans une turbine Kaplan il agira sur la commande des pales de la roue et ou sur celle des directrices Les servomoteurs devront tre m me de d passer en toute position les forces de frottement et les forces hydrauliques Plusieurs types de r gulateurs sont disponibles m canique m cano hydraulique lectro hydraulique ou m cano lectrique Le r gulateur enti rement m canique est utilisable avec des turbines assez petites son organe de r gulation de d bit tant facile commander et n exigeant pas un grand effort Il utilise un syst me de masses libres r gulateur billes entra n par l arbre de turbine La mont e ou la descente des billes en fonction de la vitesse de la turbine actionne lin airement la tige de commande de l organe de r glage Auparavant le type le plus r pandu tait le r gulateur m cano hydraulique figure 6 35 qui utilise galement un m canisme billes mais qui est plus l ger et plus pr cis que celui utilis dans un r gulateur enti rement m canique Lorsque la demande sur le r seau augmente la vitesse de rotation diminue les billes descendent et actionnent le manchon du tiroir distributeur ouvrant l acc s la chambre sup rieure du servomoteur L huile sous pression actionne ainsi le piston qui agit sur l organe de r glage de d bit de
149. age de s diment qui minimise la dur e d clusage et la perte d eau peut tre utilis 5 4 2 Efficacit d un bassin de d cantation Le rendement d un bassin de d cantation est d fini par le diam tre de grain qui se d pose dans le bassin Le choix du niveau de rendement d pend du type d quipement hydrom canique et de la chute brute de la centrale hydro lectrique Pour une turbine Francis la puissance abrasive des grains de s diments est exprim e en fonction de la vitesse de grains et de la chute brute de la centrale comme ci dessous P p V fs PE y3 5 6 o e uest le coefficient de frottement entre les aubes de la turbine et les grains e V le volume de grains pp et PE les masses volumiques des grains et de l eau e R le rayon pour les aubes e V la vitesse de grain Le volume des grains est directement li l efficacit du bassin Les intervalles de temps entre les r parations des turbines Francis sont d environ 6 7 ans pour un diam tre maximum de s diments non limin s de 0 2 mm 3 4 ans pour un diam tre de 0 3 mm et 1 2 ans seulement pour un diam tre de 0 5 mm Le co t d un bassin de d cantation augmente avec son rendement De plus le rendement optimal peut tre fonction des co ts de construction des pertes d nergie des co ts de r paration des turbines et des co ts d exploitation L exp rience montre que la solution la plus conomique est un diam tre maximum n
150. ain nombre d ann es doivent tre organis es de fa on ad quate pour tre de quelque utilit 3 4 1 Courbe chronologique des d bits La premi re tape consiste repr senter les d bits relev s de mani re chronologiques voir la figure 3 7 Cette repr sentation n est cependant pas utilisable pour d terminer le d bit turbinable et le d bit d quipement de l installation On risque en effet de le surestimer en prenant des valeurs de crue ou au contraire de le sous estimer en choisissant une valeur trop prudente 61 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 3 30 Exemple d enregistrement de d bits IJ 1 I d bitm a Es a aT RER 2 0 ct Nov Dec Jan Feb M ar Avr M ai Jun Jui Ao Sept 3 4 2 Courbes des d bits class s La seconde phase consiste tracer une courbe des d bits class s Cette courbe pr sente pour un point particulier d une rivi re la dur e pendant laquelle une certaine valeur de d bit est atteinte ou d pass e Elle est obtenue partir de la courbe chronologique en organisant les valeurs mesur es dans un ordre d croissant comme l illustre l exemple suivant N de jours de l ann e D bits de 8 0 m s et plus 41 11 23 D bits de 7 0 m s et plus 54 14 9 D bits de 6 5 m s et plus 61 16 8 D bits de 5 5 m s et plus 80 21 8 D bi
151. al de l installation en prenant en compte le d bit r serv et le d bit minimum technique des quipements Elle permet galement d estimer la puissance de la centrale et sa production moyenne annuelle La figure 3 12 repr sente la courbe de d bits class s pour un site valuer Le d bit d quipement est choisi sur la base d une optimisation 1it rative De mani re g n rale l optimal est beaucoup plus lev que le d bit annuel moyen diminu du d bit r siduel Une fois le d bit d installation fix et l nergie massique disposition de l quipement valu e 1l est possible de d terminer le type de turbine appropri au site cf Chapitre 6 La figure 3 12 illustre la plage des d bits turbinables sur une courbe de d bits class s Par ailleurs chaque type de turbine a un d bit technique minimum en dessous duquel elle ne peut pas fonctionner Son rendement est galement fonction du d bit disponible La production d nergie annuelle E en kWh est calcul e en fonction des param tres suivants E f Q Hn turbines M g n rateurs Mmuitiplicateurs Mtransformateur D h O Qini dian d bit m dian traversant la turbine en m s H chute nette au d bit m dian Mturbine rendement de la turbine fonction de Qm dian Yj penau rendement du g n rateur T multiplicateur rendement du multiplicateur rendement du transformateur n transformateur 69 Petite Hydro lectricite Guide Techniq
152. alisation De Projets ESHA 2005 argileux En particulier la sensibilit aux fuites et l rosion est r duite et la d pendance un bon mat riau de noyau est supprim e Le d veloppement du barrage en b ton compact au rouleau BCR appel Roller Compacted Concrete Dams en anglais RCC introduit un processus de construction hautement m canis et continu ainsi que des co ts l unit bas Les nouveaux grands barrages sont presque toujours de conception CFR et BCR 5 2 1 Barrages en remblai Barrages homog nes Ces barrages sont utilis s pour des hauteurs r duites lt 4 m et souvent comme barrages secondaires Pour des raisons de s curit du barrage un drainage est presque toujours r alis Barrages en remblai par zone Ceux ci sont r alis s pour des hauteurs de 4m et plus Les constructions sont extr mement sensibles la conception et la construction Il est par cons quent essentiel d engager des consultants et constructeurs qualifi s et d exiger des ing nieurs de supervision des travaux exp riment s Les composants critiques de ces barrages sont le noyau les zones de transition filtres entourant le noyau et la capacit de drainage en pied de barrage voir figure 5 1 Barrages en remblai avec membrane Les membranes peuvent tre de diff rents types et peuvent tre situ es devant l enrochement ou verticalement au centre de l enrochement Ces membranes peuvent tre en b ton com
153. alit de l eau la flore et la faune de la rivi re et tous les aspects environnementaux 252 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 e R glementation de la construction e Raccordement au r seau e Propri t s fonci res e etc Les diff rents aspects sont sous la responsabilit de diff rentes autorit s et varient selon le pays membre en fonction de l organisation politique et administrative et de son implication dans le d veloppement des sources d nergies renouvelables Dans ce contexte les proc dures varient d un pays l autre mais galement d une r gion l autre Ces proc dures qui sont loin d tre transparentes objectives et non discriminatoires sont dirig es par plusieurs administrations locales tr s sensibles des groupes de pression qui multiplient le nombre des interlocuteurs et rallongent la dur e de prise de d cision jusqu 58 permis de diff rentes administrations sont n cessaires dans quelques r gions d Italie Dans tous les pays le projet doit tre rendu public et la population peut r agir 9 2 1 R glementation de l nergie Droits d eau L eau d une rivi re est utilis e pour diff rentes activit s irrigation p che utilisation industrielle loisirs etc Des r glements sont n cessaires afin de permettre le meilleur acc s possible ces multiples usages Dans pratiquement tous les pays membres l eau
154. am nagements un seuil d versant est construit dans le lit du cours d eau L eau non utilis e d bit de restitution ou surplus s coule par dessus le seuil dont le r le n est pas de stocker l eau mais de maintenir le niveau constant de mani re assurer que la prise d eau et l ouvrage d amen e la centrale soient toujours aliment s Les d versoirs et les vacuateurs peuvent tre subdivis s en structures fixes et structures mobiles figure 5 6 Les structures fixes plus petites sont g n ralement qualifi es de d versoirs tandis que des structures plus grandes sont qualifi s d vacuateurs Parmi ceux ci on distingue ceux avec vannes structure mobile de ceux sans vannes structure fixe L vacuateur sans vannes est en fait un d versoir grande chelle Les structures sont fiables simples et de maintenance ais e Toutefois ils ne peuvent pas r guler le niveau d eau Le niveau d eau et la production d nergie varient par cons quent en fonction du d bit 104 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Les structures de stockage mobiles peuvent r guler le niveau d eau amont de sorte qu il reste plus ou moins constant pour n importe quelles conditions d coulement Selon la configuration retenue pour les vannes et leur capacit de d bit les d versoirs peuvent galement servir vacuer les s diments accumul s en aval Ces structures sont g n
155. an Bruno ESHA Celso Penche ESHA et la contribution sp ciale de Katharina Krell EUREC Agency IDAE Manual de Minicentrales Hidroel ctricas Edition Especial CINCO DIAD 1997 3 J Fonkenell Comment s lectionner une turbine pour basse chute Proceedings HIDROENERGIA 91 AGENCE FRANCAISE POUR LA MAITRISE DE L ENERGIE AFMBE DNAEE APROVEITAMENTOS HIDRELETRICOS DE PEQUENE PORTE Volume V Avaliacao de Custos e Benificios de Pequenas Centrais Hidreletricas Modelo FLASH Brasilia 1987 HydrA progiciel pour PC pour l valuation rapide du potentiel hydro lectrique n importe quel endroit du RU ou de l Espagne Le progiciel disponible couramment pour l Espagne et le RU est en train d tre d velopp pour d autres pays de l Union europ enne Institute of Hydrology RU 2000 http www nerc wallingford ac uk 1h 6 P Fraenkel et al Hydrosoft A software tool for the evaluation of low head hydropower resources HIDRENERGIA97 Conference Proceedings page 380 7 Natural Resources Canada Canmet Energy Diversification Research Lab Le logiciel RETScreen Analysis est disponible et gratuitement t l chargeable l adresse Internet www retscreen gc ac ou par courriel de CANMET Energy Diversification Research Lab 1615 Lionel Boulet PO Box 4800 Varennes PQ Canada J3X 156 8 Scientific and Technological References Energy Technology Indicators http www cordis lu eesd src indicators htm Hepburn C
156. ands coefficients de d bit Sa forme incurv e correspond celle qu aurait un jet sur un d versoir mince pour le d bit de dimensionnement correspondant Pour des d bits inf rieurs ou sup rieurs des zones de surpression ou d pression apparaissent sur la face aval Les d pressions peuvent entra ner des cavitations et des dommages au b ton Des travaux r cents laissent heureusement penser qu un tel ph nom ne ne se produira pas avant que H gt 3Hp Waterways Experimental Station aux Etats Unis a d fini un ensemble de profils correspondant aux r sultats de mesure sur prototypes La relation exacte entre le coefficient de d bit et le rapport H H peut tre trouv e dans l ouvrage de Sinniger amp Hager 1989 Pour des niveaux d eau en aval gaux ou sup rieurs au niveau de cr te du d versoir celui ci est progressivement immerg et son d bit diminue De plus en pr sence de piles le d bit d pendra galement de leurs forme et dimensions Tous ces aspects influent sur le fonctionnement d un d versoir Pour approfondir ses connaissance et conna tre les r gles d taill es de conception le lecteur se r f rera aux ouvrages scientifiques comme celui de Sinniger amp Hager 1989 106 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Photographie 5 18 Seuil d versant Figure 5 57 Configuration de seuils o 6 niveau d eau amont vZ
157. ann es des syst mes vitesse variable et fr quence constante sont disponibles Ainsi la vitesse de rotation de la turbine peut varier tandis que la tension et la fr quence sont maintenues constantes et non d form es Le convertisseur de fr quence utilis pour connecter le g n rateur au r seau via un passage en courant continu peut m me tre synchronis avec le r seau avant que le g n rateur ne commence tourner Ce type de syst me est particuli rement int ressant lorsque la chute nette est fortement variable Il permet en effet d adapter la vitesse de rotation de la turbine en fonction des conditions d coulement Cette approche est souvent propos e comme un moyen d am liorer la performance des turbines en pareil cas Elle permet en outre de rendre techniquement possible le turbinage dans des cas extr mes de variation de chute Contrairement la fausse id e largement r pandue la vitesse variable ne permet pas de s adapter des variations importantes du d bit On ne pourra par cons quent pas remplacer une Kaplan par une h lice Enfin pour les basses chutes la turbine Kaplan double r glage offre la m me flexibilit Enfin le fonctionnement une vitesse non synchrone peut s av rer int ressant lorsque la vitesse de rotation optimale de la turbine se situe entre deux vitesses synchrones par exemple 1283 t min En petite hydraulique les tensions standard des petits g n rateurs sont de 400 V ou
158. ant les domaines des Kaplan Francis et Pelton Figure 6 90 Sch ma de principe d une turbine flux traversant coulement d eau L eau entre dans la roue par en dessus et la traverse une seconde fois avant d en sortir par le bas d o son nom de turbine flux traversant Le d bit est quant lui r gl par un ou plusieurs distributeurs figure 6 8 158 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 La conception simple de ce type de turbine la rend peu co teuse et facile r parer par exemple en cas de rupture d aubes due aux fortes contraintes s y exer ant Les turbines flux traversant ont un rendement r duit compar celui des autres turbines et la perte importante de d nivellation due la hauteur de d noyage entre la roue et le niveau aval doit tre prise en consid ration lorsque l on traite des d nivellations moyennes et basses De plus les roues de turbines flux traversant haute chute peuvent pr senter d importants probl mes de fiabilit en raison de contraintes m caniques importantes Il faut enfin remarquer que la turbine flux traversant est une turbine action ce qui signifie que l nergie disposition de la roue est essentiellement cin tique et que la roue se trouve la pression atmosph rique Il y a donc transformation de la pression amont en vitesse Ce type de turbine n est donc th oriquement efficace que pour les hautes chutes Mal
159. ant tr s lentement le pointeau vitant ainsi de g n rer une surpression coup de b lier inacceptable dans la conduite forc e max 1 2 x la pression statique Figure 6 86 Coupe d un injecteur avec d flecteur ser vomoteur hydraulique pour Defecten ouverture fermeture pointeau du pointeau amortisseur e z arriv e arbre du arbre du du d bit pointeau pointeau L nergie cin tique de l eau sortant des augets n tant pas r cup rable et donc transformable en nergie m canique les augets doivent tre con us de mani re limiter la vitesse de sortie et ainsi maximiser la transformation d nergie Comme le montrent les figures 6 5 et 6 6 les turbines Pelton 1 ou 2 injecteurs peuvent avoir soit un axe vertical soit un axe horizontal Les turbines plus de trois injecteurs sont axe vertical Le nombre d injecteurs maximum est de 6 Cette configuration est cependant tr s rare en petite hydraulique l tude de telles machines demandant de long et co teux d veloppements en laboratoire 156 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 6 87 Vue d une Pelton Figure 6 88 Vue d une Pelton 2 injecteurs et axe deux injecteurs et axe horizontal vertical La roue de ce type de turbine est g n ralement directement coupl e l arbre du g n rateur Elle doit en tout temps tre au dessus du niveau aval une cote qui ne peut tre indiqu e
160. antes de mat riel ont atteint la rivi re et ont t entra n es jusqu la c te Le r servoir a t reconstruit en b ton arm bien que ceci n ait pas t d une grande utilit jusqu ce jour Par la suite la section pr fabriqu e du canal a commenc fuir Le terrain a t satur en eau et incapable de r sister aux contraintes tangentielles s est effondr en un glissement rotatif emportant environ 200 m de canal Ceux ci ont d t remplac s par une conduite basse pression r alis e en acier soud Celle ci passe sous un bassin de stockage quotidien rendu tanche par un film thermoplastique et rejoint la chambre de mise en charge 93 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Photographie 4 11 Bassin de La Marea Les le ons tir es sont e Le gr s expos aux intemp ries donne de mauvais r sultats en cas de glissement de terrain particuli rement sur des pentes ayant un angle sup rieur 35 par rapport l horizontale e Les canaux hydrauliques doivent tre construits de mani re tanche et un syst me de drainage doit tre pr vu de sorte que les fuites n affectent pas le terrain e Lelong d une pente raide le remplacement d un canal ouvert par une conduite basse pression peut constituer la meilleure solution celle ci tant tanche l eau et son ancrage sur la pente n exigeant que quelques points fixes Infiltratio
161. ardeau mobile articul est cependant un peu plus facile retirer 108 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Photographie 5 19 Batardeaux s Figure 5 59 Batardeaux encastr s et articul s mobiles articul s jambe de force Pente de la rivi reLargeur de la rivi re BVue en plan de rivi reTransport de s dimentsPrise fil proie planches en bois cr te du d versoir pi ce de bois D ee aiguilles articul es soutenues support encastre par une jambe de force q lat rale Barrages gonflablesdans un coude externe de rivi re0 001 lt J lt 10 Toutes largeursPriseay sp t de gravier0 01 lt J lt 10 B lt 50 m B lt 500 m pour des barrages d versoirs conomiques Rectiligne optimal ssible si contre mesuresCharriage important et continu charge en s diments lev ePrise par dessousJ gt 10 favor 2 5 B lt 50 m B lt 500 m possible pour des barrages r servoirs sur une partie de la largeur de rivi re RectiligneCharr uement une grande taille de grain Une prise d eau lat rale fonctionne en utilisant soit un coude de rivi re soit un canal de d p t de gravier La figure 5 15 montre une configuration dans un coude de rivi re Celle ci est favorable lorsqu il y a un courant fort le long de la courbe externe lequel emp che les mat riaux solides d entrer dans la prise Le d bit de la prise Q doit tre inf
162. ass 9 3 2 2 Proc dure d autorisation D apr s la loi du 16 10 1919 de m me que pour la concession l autorisation est accord e pour un maximum de 75 ans et peut tre renouvel e En fait cette dur e est maintenant g n ralement r duite 30 ans de sorte qu chaque renouvellement le producteur puisse se conformer la nouvelle r glementation 262 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 L arr t 95 1204 du 6 11 1995 pr cise les documents et informations fournir dans le dossier de demande Il s agit principalement de e Information sur le promoteur e Un dossier technique et g ographique du projet e Une tude d impact pour des projets d une puissance brute de plus de 500 kW si la puissance est inf rieure 500 kW une simple notice d impact suffit e Dur e d autorisation demand e e Informations conomiques et financi res e Propri t s fonci res Le dossier de demande doit tre envoy au pr fet qui le transmet au Service en charge de la Police des Eaux SPE Le SPE tudie le dossier et le transmet aux autorit s r gionales publiques Direction R gionale de l Industrie de la Recherche et de l Environnement DRIRE Direction R gionale de l Environnement DIREN Conseil Sup rieur de la P che CSP Le demandeur peut tre amen donner plus d informations Apr s r ception des diff rents avis le SPE fait suivre au pr
163. asse g n ralement celui des quipements lectrom caniques Dans le but de r duire ces co ts plusieurs configurations ont t con ues lesquelles sont consid r es aujourd hui comme classiques Les crit res de s lection pour de telles turbines sont bien connus e Gamme de d bit e Energie massique ou d nivellation e G omorphologie du site e Exigences environnementales visuelles phoniques etc e Co t de la main d oeuvre Les configurations diff rent par la mani re dont s effectue l coulement dans la turbine axial radial ou mixte le syst me de fermeture de la turbine vanne ou siphon et le type de multiplicateur de vitesse engrenage parall le entra nement en renvoi d angle entra nement courroie etc Les personnes int ress es la s lection des quipements pour les petites centrales hydro lectriques basse chute pourront galement se r f rer au document pr sent par J Fonkenell HIDROENERGIA 91 Le tableau et la figure ci apr s illustrent la plupart des configurations possibles Tableau 6 14 Configuration de turbine Kaplan Configuration Ecoulement Organe de Multiplicateur Figure fermeture Distributeurs et Kaplan verticale Radial axial vanne batardeau Parall le 6 14 Semi Kaplan en siphon inclin e Axial Siphon Parall le 6 15 Semi Kaplan en siphon invers e Radial axial Siphon Parall le 6 16 Kaplan inclin e Axial Vanne batardeau Parall le 6 17 Kaplan
164. ation De Projets ESHA 2005 turbines Si la topographie et la morphologie du terrain ne permettent pas l agencement d un canal une conduite basse pression peut constituer une option conomique A la sortie des turbines l eau retourne la rivi re par un canal de fuite Figure 1 1 Am nagement de haute chute chambre de seuil bassin mise en charge QO rivi re Vue en l vation E chambre de rivi re tunnel Mise en charge E Q bassin centrale Vue en plan Figure 1 2 Am nagement de basse chute avec conduite forc e niveau d eau amont Grille amont niveau d eau aval g n rateur Dans certains cas un petit r servoir stockant assez d eau pour fonctionner uniquement durant les heures de pointe o le prix de vente de l nergie est plus lev peut tre cr par le seuil ou un bassin construit au niveau de la chambre de mise en charge 13 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Les am nagements basse chute sont construits g n ralement dans les r gions de plaine o dans les vall es Deux options technologiques peuvent tre choisies soit l eau est d tourn e vers une centrale par l interm diaire d une courte conduite forc e figure 1 2 comme dans les am nagements de haute chute soit la chute est cr e par un petit bar
165. ation ou une contraction thermique Habituellement la conduite forc e est construite en lignes droites ou presque droites avec des blocs d ancrage en b ton chaque coude et avec un Joint de dilatation entre chaque bloc d ancrage figure 5 31 Les blocs d ancrage doivent r sister la pouss e de la conduite forc e ainsi qu aux efforts induits par sa dilatation ou sa contraction Les fondations doivent donc si possible tre r alis es sur de la roche Si en raison de la nature du sol les blocs d ancrage demandent de grands volumes de b ton entra nant des co ts lev s en solution alternative il peut tre possible d liminer chaque deuxi me bloc d ancrage et tous les joints de dilatation permettant aux coudes de bouger l g rement Dans ce cas 1l est souhaitable de poser les sections droites de la conduite forc e sur des berceaux en acier adapt s aux contours de la conduite et couvrant g n ralement 120 degr s de la section figure 5 32 Le berceau peut tre constitue de profil s et de plaques d acier avec un mat riau autolubrifi plac e entre le berceau et la conduite pour r duire les forces de frottement Les d placements peuvent tre absorb s par les joints de dilatation ou en concevant le trac de la conduite avec des coudes libres de leur mouvement Si la conduite forc e utilise un principe d assemblage en tulipe avec des joints toriques alors la dilatation et la contraction seront absorb es a
166. ativement diff rents d un am nagement neuf Par exemple dans des projets de haute chute l eau peut tre d tourn e du cours d eau sur une grande longueur et dans ce cas de longs tron ons de la rivi re peuvent tre priv s d une partie de leur d bit naturel lorsque la centrale est en fonctionnement Dans les tableaux 7 1 et 7 2 ci dessous une description exhaustive des impacts possibles est donn e bas e sur des tudes europ ennes r alis es par des groupes d experts qui r alisent des tudes d impact environnemental Toutefois l ensemble de ces contraintes n est pas applicable l ensemble des sites de fa on syst matique 201 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Tableau 7 22 Impacts durant la construction v nemen rant la n S en e cu Entit s affect es Impact Priorit construction Etudes g ologiques Coupe de v g tation existante Alt ration de l habitat Agrandissement de routes Alt ration de l habitat Moyenne existantes Alt ration de Excavation de tunnels Hydrog ologie circulation d eau Basse souterraine Mat ri d d 0 A a G ologie de site Stabilit de pente Alt ration de Phydraulicit de la Moyenne rivi re r ation d accumulations de ve E Gaa G ologie du site Stabilit de la pente Basse materiaux temporaires D placement temporaire de personnes am nagement de Public N gligeable rout
167. aval et ont r cemment t l objet d tudes du Electric Power Research Institute EPRI Ces technologies incluent des syst mes tels qu une lampe clair d charge r pulsion et des syst mes lectriques de guidage Il n a pas encore t d montr si ces solutions peuvent tre utilis es de mani re fiable Les techniques de guidage du comportement sont sp cifiques chaque site et aux esp ces pr sentes et il appara t peu probable que des m thodes de comportement puissent fonctionner aussi bien que des grilles de Coanda pour diff rentes conditions hydrauliques Les crans de guidage du comportement fonctionnent en utilisant la r ponse naturelle des poissons un stimulus afin de l loigner Nombre de syst mes ont t test s et les proc d s acoustiques ont t valu s comme les plus efficaces Pour le poisson r pondant un stimulus sonore le niveau de son doit tre assez lev pour obtenir une r action en prenant en compte le bruit de fond Le bruit de fond est un facteur important particuli rement l o des bruits sont g n r s par les quipements immerg s comme les pompes et les turbines Les types de signaux reconnus comme les plus efficaces dans toutes les applications sont bas s sur des ondes g n r es artificiellement qui changent rapidement en amplitude et en fr quence r duisant ainsi l habitude Une situation quivalente appliqu e aux humains serait que l on soit amen re
168. avec une technique garantie 0 90 0 89 0 88 0 87 0 86 0 85 0 84 0 83 n 0 82 D veloppement en laboratoire D veloppement 0 81 empirique 0 80 0 79 0 78 0 77 0 76 0 75 0 74 0 000 0 100 0 200 0 300 0 400 0 500 0 600 0 700 0 800 0 900 1 000 D bit relatif Q Q Rendement de turbine n Deux possibilit s s offrent au Ma tre d Oeuvre lorsqu il d sire contr ler les performances d une turbine La premi re consiste effectuer des essais sur site apr s la mise en service de la turbine Afin d obtenir la pr cision de mesure ad quate il faudra recourir des techniques sophistiqu es par exemple la m thode thermodynamique difficiles mettre en uvre et la plupart du temps inapplicables aux petits am nagements On est r duit adopter des m thodes plus simples aux r sultats toujours discutables Si les essais d montrent que les garanties de performances ne sont pas atteintes 1l n est en g n ral plus possible d apporter les am liorations souhaitables la machine Le 180 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 payement des p nalit s contractuelles par le constructeur ne compense jamais la perte de production subie par l exploitant sur la dur e de vie de la turbine La seconde m thode consiste effectuer des essais en laboratoire s
169. bal m rite d tre r ellement soutenu et de ne pas tre soumis des limitation s v res de sa capacit de production A celui ci s opposent les agences environnementales et diff rentes associations concern es par la pr servation de 255 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 l environnement pour lesquelles un d bit r serv bas repr sente une atteinte un bien public par exemple la faune aquatique Les r glementations ont g n ralement t tablies un niveau national et fixent uniquement une valeur minimale Cela a permis aux autorit s locales d imposer au moins ce minimum cependant dans beaucoup de cas les valeurs de d bit r serv sont 1rrationnellement lev es Selon l approbation du Conseil de la Directive sur l eau Directive 2000 60 CE du 23 octobre 2000 les autorit s du domaine de l eau sont maintenant davantage impliqu es dans le choix des valeurs respecter Alors que dans le pass les lois nationales d terminaient le d bit r serv comme un certain pourcentage du module d bit moyen annuel les autorit s du domaine de l eau tudient aujourd hui les diff rents tron ons de cours d eau en incluant les donn es hydrologiques et celles de la faune la qualit de l eau et les mod les aquatiques 1D 2D Les valeurs des d bits r serv s sont g n ralement plus lev es mais sont d termin es de fa on scientifique Le monteu
170. barreaux en acier inoxydable d paisseur 12 mm et la distance entre barreaux est de 70 mm Voir exemple 3 11 La vitesse d coulement la grille est avec K 1 139 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 RE 0 7m s 6 0 866 70 12 o 3x 70 La perte de charge travers la grille est donn e par la formule de Kilchner x0 866 0 0049 m 12 l 0 7 h 24x X 70 2x9 81 La perte de charge l entr e de la conduite forc e est donn e sur la figure 2 7 chapitre 2 K 0 08 La vitesse dans la conduite forc e est de 3 82 m s et donc la perte de charge l entr e est H 0 08 x 3 822 2 x 9 81 0 06 m La perte de frottement dans la conduite forc e selon l quation de Manning 5 16 est __10 3x0 012 x3 h 1 0533 x173 2 30m Le coefficient Kb pour le premier coude est 0 05 Le coefficient pour le second coude est Kb 0 085 et pour le troisi me coude Kb 0 12 Les pertes de charge dans les trois coudes correspondent 0 05 0 085 0 12 x 3 822 2 x 9 81 0 19 m La perte de charge dans la vanne d arr t est de 0 15 x 3 822 2 x 9 81 0 11 m Figure 5 80 Conduite forc e pertes de charge et turbulence 15 m gt En r sum Perte de charge dans la grille amont et entr e de conduite 0 065 m Perte de charge dans les trois coudes et la vanne 0 30 m 140 Petite Hyd
171. bulent lequel est plus int ressant pour beaucoup d esp ces de poissons que le 225 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 d bit des passes poissons de type bassin et tol re des variations de la profondeur d eau La passe doit tre munie de zones de repos apr s environ 2 m de diff rence de niveau entre l amont et l aval Figure 7 127 Passe poissons Denil L cluse de Borland figure 7 10 est une solution relativement peu co teuse pour transf rer le poisson du canal de fuite la chambre de mise en charge dans un barrage de dimension moyenne Le poisson remonte une petite passe poissons vers la chambre aval Ensuite l entr e aval est ferm e et la conduite menant vers le sommet du barrage se remplit de l eau qui s coule depuis le haut Une fois la conduite remplie les poissons attir s par le d bit remontent Figure 7 128 Coupe de l cluse de Borland vante atti otit rivean deau tax Pi Fi tiveau deau trir j varre aval tiyeal d eau Dans des barrages plus lev s la meilleure solution consiste installer un ascenseur poissons con u sp cialement cet effet L entreprise EDF en France en a une grande exp rience L l vateur Golfech par exemple r alis en 1989 a rendu possible le passage de vingt tonnes d aloses environ 66 000 poissons qui taient bloqu s la base du barrage Ceci consiste attirer l
172. bventions d investissement et des mesures fiscales Au moment o la Directive E SER a t discut e la Commission tait favorable au syst me d appels d offre rendu populaire cette poque par le programme NFFO du Royaume Uni mais dans la proposition finale le choix de soutien a t laiss libre aux Etats Membres Par cons quent la Directive n indique pas quel ensemble d instruments politiques serait favorable En cons quence les Etats Membres continuent de d velopper leur propre programme national d instruments politiques pour stimuler l lectricit verte Figure A 2 Instruments politiques de soutien des SER Base Production kWh Tarifs d achat Obligations de quota Mesures fiscales Certificats verts Syst mes d appels Mesures fiscales C t offre d offre C t demande Subventions Subventions Obligations de d investissement quota Mesures fiscales Base Capacit kW Source Politiques d lectricit renouvelable en Europe Fiche d informations r gionale 2003 ECN Subventions sur investissement Les autorit s offrent des subventions sur l investissement pour les technologies E SER en g n ral en terme de de l investissement total Ce type de soutien peut aider surmonter la barri re d un investissement initial lev et il est couramment utilis pour stimuler les investissements dans les technologies d nergies renouvelables les moins conomiques
173. cats verts depuis le 1 octobre 2002 Flandre certificats verts depuis le 1 janvier 2003 Danemark P riode de transition du prix fixe eux certificats verts Allemagne Tarif d achat Gr ce Tarif d achat Espagne Prix fixe tarif d achat et paiement de la prime ajust e annuellement par le Gouvernement France Tarif d achat applicable uniquement aux centrales d lectricit renouvelable jusqu 12 MW Le prix pay aux PCH d pend de la date de construction Le tarif d hiver pour les PCH commissionn es apr s 2001 est garanti 20 ans Irlande Offre publique Comp titions des Conditions d Energie Alternative AER Alternative Energy Requirements Le gouvernement irlandais a lanc le AER VI en f vrier 2003 Italie Quota certificats verts commercialisables le quota augmente de 0 3 chaque ann e partir de 2005 L autorit en charge des r seaux fixe un prix maximum sup rieur pour les certificats verts chaque ann e Les certificats sont expos s uniquement pour les 8 premi res ann es de l exploitation Luxembourg Tarif d achat La prime est garantie pendant 10 ans Pays Bas Un nouveau syst me de soutien partir du 1 juillet 2003 Le march de l lectricit en gros et la prime d achat L hydro lectricit ne re oit pas de certificats verts Autriche Tarif d achat a Anciennes centrales les centrales ayant obtenu le permis de planification avant le 1 janvier 2003 incluant
174. cis es dans la l gislation nationale ou les directives industrielles et distinguent les structures risques lev s moyens et faibles Le tableau 3 3 ci dessous donne un exemple de sp cifications de crues de projet en fonction du risque pr sent par la structure 74 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Tableau 3 9 crit res types pour une crue de projet Risque lev Crue de projet maximum crue maximum probable En variante crue de 10 000 ans Crue de projet en fonctionnement normal Crue de 1 000 ans Risque bas G n ralement crue de 100 ans bien que dans quelques pays il n existe aucune exigence formelle Par crue centennale on consid re une probabilit annuelle d occurrence de 1 100 En d autres termes la p riode de retour est l inverse de la fr quence probable Dans le tableau ci dessous la probabilit d occurrence sur une dur e de vie de la structure est donn e en fonction de la fr quence d occurrence Tableau 3 10 Probabilit d occurrence Fr quence P riode de Retour EE un DO 000 001 10 000 La p riode de temps de retour de la crue de projet d un barrage donn fait l objet d une optimisation conomique prenant en compte le co t marginal de la capacit de d versement suppl mentaire et le co t d un accident Elle est g n ralement choisie sup rieure la crue centennale m me pour des structures faible risque
175. citant Winston Churchill Celui qui ignore l histoire est condamn la r p ter affirme que si l on ne veut pas r p ter les erreurs des autres les raisons de leurs erreurs doivent tre analys es et comprises Selon M Isambert des tudes de cas ont d montr qu un nombre trop important de petites centrales hydro lectriques se sont av r es inexploitables cause de leur conception de leur construction ou de leur mode d exploitation Les auteurs ont pr sent plusieurs exemples d am nagements dont la mise en uvre n a pas abouti ou dont le fonctionnement n a pas pu tre p rennis entra nant une perte importante d argent et de temps Les quatre exemples qui suivent sont tir s des crits de MM Isambert et Leyland ainsi que de la publication de l ASCE Lessons Learned from the Design Construction and Operation of Hydroelectric Facilities Le ons tir es de la conception la construction et l exploitation d am nagements hydro lectriques dont 28 concernent des am nagements d une puissance inf rieure 10 MW Ceux ci d montrent qu il est indispensable d tudier en profondeur la stabilit de canaux et les effets de la contre pouss e sur les structures hydrauliques 90 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Canal de Ruahihi Nouvelle Z lande Comme le repr sente la figure 4 9 am nagement comprenait un canal de 2 000 m implant
176. con ue de sorte que la vitesse d approche Vo soit comprise entre 0 60 m s et 1 50 m s L espacement maximum possible entre les barreaux est g n ralement sp cifi par les fabricants de turbines Les valeurs types sont 20 30 mm pour des turbines Pelton 40 50 mm pour des turbines Francis et 80 100 mm pour des turbines Kaplan 114 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 5 66 Formule de calcul de pertes de charge dans les grilles d paisseur des barres a ouverture b espacement pente Flow velocity v bars j ME Horizontal support support AH Se 5 Co B9 6 c sin k 5 6 Head loss factor dre dre id he 4 Tire be ei ee ni joe i 1 0 0 76 0 76 0 43 0 37 0 30 0 74 c coefficient de la grille c 1 grille non obstru e 1 1 lt c lt 1 3 grille avec un nettoyage m canique 1 5 lt c lt 2 grille avec un nettoyage manuel Comme on peut le constater le coefficient de perte de charge d pend de plusieurs facteurs tels que par exemple la mani re de nettoyer la grille Les quations pr sent es figure 5 21 sont en principe uniquement valables pour des barreaux rectangulaires mais l exp rience a montr qu elles peuvent aussi tre utilis es pour d autres formes de barre Le nettoyage des grilles est tr s important pour r duire les pertes de charge Cette op ration tant fastidieuse et tr s difficile durant des crue
177. concentriques paroi mince Le tube virtuel ext rieur adh re la paroi du tube r el tandis que chacun des tubes int rieurs se d place une vitesse l g rement plus lev e laquelle atteint une valeur maximum pr s du centre du tube La distribution de vitesse a la forme d un parabolo de de r volution et la vitesse moyenne figure 2 1 est 50 de la vitesse maximum sur l axe Figure 2 9 distribution de vitesse en coulement laminaire et en coulement turbulent RO EE A AE A A A ER RD D RS AR AL AR A coulement laminaire coulement turbulent y LPSC LATE ALALA IRAE CLT AIT TAC LARO ZHI ULEI KE Lorsque le d bit augmente progressivement il arrive un moment o la bande mince de couleur se dissout et se m lange avec l eau environnante Les particules proches de la paroi se m langent avec celles de l int rieur du tube qui se d placent une vitesse plus lev e et les ralentissent A ce moment l coulement devient turbulent et la courbe de distribution de vitesse est plus plate Osborne Reynolds la fin du 19 si cle r alisant une exp rience soigneusement pr par e a trouv que la transition d un coulement laminaire un coulement turbulent d pend non seulement 22 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 de la vitesse mais galement du diam tre du tube et de la viscosit du fluide et peut tre
178. ctromagn tique impact visuel effets climatiques interaction des impacts alternatives L acceptation de la demande d pend essentiellement de PEIS Elle doit tre claire approfondie et couvrir tous les domaines d int r t de l am nagement du territoire Les fonctionnaires responsables de l am nagement et les tablissements publics ont la charge d analyser les EIS et de donner leur avis 9 3 3 2 Accords sur la r glementation de l lectricit Il existe deux accords passer ig Le permis de construire Toute personne souhaitant construire une centrale lectrique ou reconstruire une centrale lectrique existante doit obtenir un permis de construire conform ment au paragraphe 16 de la loi sur la r glementation de l lectricit de 1999 2 Autorisation de produire D apr s la section 14 1 a de la loi sur la r glementation de l lectricit de 1999 la Commission a le pouvoir d accorder ou de refuser une autorisation de produire de l lectricit Il existe un processus de demande bien au point pour ces deux autorisations pour des projets de moins de 5 MW Il suffit que le projet soit conforme aux crit res ci dessous pour d livrer une autorisation Toutefois les discussions sont en cours concernant les dispenses de ces autorisations pour les projets plus petits Il faut que l installation e n ait pas de d influence n faste sur la capacit ou la stabilit du r seau e soit financi rement viabl
179. d lectricit et de gaz doit tre organis e de sorte que les clients puissent se reposer sur une alimentation continue et fiable Cela signifie qu il doit y avoir une capacit de transport et de production suffisante pour traiter avec les diff rents niveaux de demande durant l ann e et selon diff rentes conditions Pour l lectricit la s curit d alimentation est habituellement dirig e par les op rateurs du r seau dans les Etats membres concern s comme une cons quence de leur fonction de responsable d quilibre de la fourniture et de la demande dans le r seau Les op rateurs du r seau doivent de toute mani re tre conscients des tendances de production et de demande dans le but de planifier des investissements appropri s dans le r seau Le tableau A 4 fournit des donn es sur la capacit de production de r serve pour 2002 G n ralement les Etats membres maintiennent le niveau de capacit restante au dessus de 5 de la capacit disponible prenant en compte les importations Tableau A 4 S curit de l alimentation en lectricit Sn Position de la s curit d alimentation 2002 Mesures d encouragement de capacit de pointe capacit capacit augmentation bas e incitations obligations tendance de d importation a de capacit en sur le par sur les TSO du g n ration de en charge de 2004 GW march exemple ou le r gulateur de consommation pointe paiements fournis
180. d autant augment ou diminu r sultant en une passe poissons ayant un coulement trop bas ou trop lev Figure 7 124 Dispositifs seuils rectangulaires SECTION B B SECTION A A PLAN De plus ce type de passe ne permet pas de laisser passer les s diments transport s au fond et des orifices de fond doivent donc tre pr vus La photographie 7 13 montre une de ces passes avec une construction rustique con ue pour surveiller le passage des saumons dans une rivi re Asturias Espagne Photographie 7 52 Passe poissons de construction rustique 223 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 La photographie 7 14 repr sente une passe poissons fentes verticales et orifices de fond ayant habituellement de bons r sultats La forme et la disposition des chicanes sont repr sent es en perspective sur la figure 7 7 la largeur des bassins retenues pour des longueurs variant entre 1 8 et 3 0 m varie de 1 2 m 2 4 m La chute entre les bassins est de l ordre de 10 30 cm Des aloses ne peuvent en th orie remonter une chute sup rieure 25 cm En principe la taille et les chutes d pendent des esp ces pour lesquelles le syst me est construit
181. de d bit r serv peut tre diminu e De cette mani re une meilleure protection de la faune aquatique peut tre associ e une production d nergie plus lev e Figure 7 122 Section transversale d un lit de rivi re l abri cr par berges de la rivi re 2 corniches sous marines 3 grotte 4 cavit s en sur couche 5 v g tations immerg es 6 v g tations merg es 7 souches racines 8 corniches ciel ouvert dans la berge 1 shelter due to the river banks 2 underwater cornices 3 caves 4 substratum cavities 5 submerged vegetation 6 emerged vegetation 7 stumps roots 8 open air cornices in bank A titre d exemple la figure suivante illustre le rapport entre le d bit environnemental et la morphologie du lit de rivi re Parmi le grand nombre de types de mesures compensatoires envisageables il faut mentionner la cr ation de r servoirs pour l levage de poissons d crivant des m andres dans les lits de rivi re en p riode de basses eaux et augmentant localement la profondeur La difficult de ce type de travaux r side dans le fait de p renniser les mesures compensatoires de les rendre permanentes c est dire r sistantes aux crues et aux volutions dynamiques des lits de rivi re naturels qui par ailleurs ne doivent pas tre sous estim es Un analyse plus compl te des effets de param tres suppl mentaires concernant le d bit r serv pente tendues structure de rivi re e
182. de d terminer les structures g ologiques et de d tecter les instabilit s de pente Cartes g omorphologiques Le r sultat de l analyse par photogramm trie et les r sultats de relev s sur sites peuvent tre combin s sur une carte g omorphologique Celle c1 se base sur une carte topographique et est dessin e une chelle comprise entre 1 10 000 et 1 5 000 Une l gende simple doit permettre de repr senter toutes les formations de surface affectant les structures hydrauliques propos es Analyse en laboratoire Les tests de laboratoire traditionnels par classification et par analyse granulom trique du sol et consolidation triaxiale facilitent la cat gorisation des formations de surface Les r sultats obtenus doivent tre inclus dans la carte g omorphologique Etudes g ophysiques Une recherche g ophysique lectrique ou sismique par r fraction contribue une meilleure connaissance de l paisseur de formation superficielle de l emplacement des sections de glissement de terrain de la circulation interne d eau et de l importance volum trique des formations instables potentielles Analyse g ologique structurelle Bien que ce ne soit pas r ellement une technologie g omorphologique celle c1 peut aider r soudre des probl mes relatifs au bassin hydrologique et lorsque l on a recours des galeries d amen e en tunnel La stabilit de la roche et les infiltrations dans la fondation des structures hydrauliques sont
183. de fr quence correspondant Les logarithmes sont alors convertis en valeurs de d bit annuel Pour un approfondissement de ces m thodes le lecteur pourra se reporter aux manuels d hydrologie courants De mani re illustrer ces propos une crue centennale est calcul e en utilisant la m thode analytique pour la distribution log normale et LogPearson III partir des s ries de dur e de d bits maxima annuels suivantes mas p M EPEELT w pe Les tapes sont les suivantes 1 Calculer la valeur logarithmique des relev s de d bit 2 Calculer la moyenne des logarithmes 3 Calculer l cart type des logarithmes 3b Calculer le facteur d asym trie pour LogPearson III 76 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 4 Lire le facteur de fr quence pour la probabilit souhait e f 0 01 5 Calculer le logarithme de la crue centennale 6 Convertir le logarithme en une valeur de d bit En utilisant la distribution Log Normale le d bit annuel maximum centennal est valu 83 m s et pour la distribution Log Pearson II on obtient un r sultat de presque 25 sup rieur soit 103 m s Quelle valeur est la plus correcte Cet exemple montre que malgr la simplicit des m thodes un avis professionnel est n cessaire pour d terminer la m thode adapt e et analyser les r sultats en fonction du choix de la m thode 3 8 3 Mod lisation hydrologiq
184. de galeries de drainage et forages dans la roche de fondation L utilisation de rideaux d injection r duit par ailleurs les infiltrations Ces mesures sont efficaces mais demandent une maintenance Les barrages de b ton construits jusque dans les ann es 1980 pr sentent r guli rement des faiblesses en raison des hypoth ses tr s optimistes prises sur les pressions d l vation et de l inefficacit des mesures individuelles prises pour les contrer Les barrages en b ton sont con us pour e pr senter une stabilit contre la rotation et le renversement e pr senter une stabilit contre la translation et le glissement tenir une surcharge et une d faillance des mat riaux 5 2 5 S curit des barrages Les barrages sont per us comme des structures fabriqu es par l homme capables d entra ner un danger mortel Si les dangers de rupture sont essentiellement associ s aux grands barrages et r servoirs des am nagements de petite ou moyenne taille peuvent tre potentiellement dangereux en fonction de leur emplacement et des circonstances En Su de par exemple la seule victime d un tel accident a t due la rupture d un barrage de moins 4 m de haut Les photographies 5 3 103 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 illustrent gauche la br che sur un petit barrage et droite les cons quences de cet accident en aval Photographies 5 17 Rupture d un
185. de la ressource en eau Pour un cours d eau non jaug c est dire pour lequel des mesures de d bit sur une longue p riode ne sont pas disponibles il est n cessaire d tudier son hydrologie tude des pluies et de l coulement du cours d eau mesure des bassins de drainage des bassins versants de l vapotranspiration et de la g ologie de surface Figure 3 24 Sch ma type d une installation hydro lectrique 51 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 La figure 3 1 indique comment l eau en s coulant du point A vers le point B aux altitudes respectives ZA et Zg repr sente une nergie potentielle proportionnelle la diff rence d altitude Cette nergie potentielle est bien entendu ind pendante du type d coulement que celui ci se fasse dans le cours d eau dans un canal ouvert ou dans une conduite forc e La d nivellation et le d bit d un site donn correspondent galement une puissance hydraulique qui peut tre exprim e par O P est la puissance hydraulique en W Q est le d bit en m s AZ est la d nivellation en m AZ Za ZB g est l acc l ration de la pesanteur en m s p est la masse volumique de l eau en kg m L eau peut soit suivre le lit de la rivi re en dissipant la majeure partie de son nergie potentielle par frottement et turbulence provoquant une faible mont e de sa temp rature soit s couler de A vers B
186. des probl mes qui peuvent tre identifi s par cette m thode vitant des incidents importants en phase d exploitation Forages Cette m thode n est pas habituelle pour les petits am nagements hydro lectriques Toutefois lorsque le barrage ou le seuil doit tre construit sur des strates non consolid es un programme de forage suivi par des tests en laboratoire sur des chantillons est n cessaire Certains de ces tests recommand s sont e Tests de perm abilit tels que le test de Lugeon ou de Basse Pression pour d finir la circulation d eau dans les fondations e Des tests de laboratoire pour d terminer la r sistance la compression des chantillons afin de d finir leurs caract ristiques de consolidation Compl tant les tests ci dessus un essai sismique de r fraction g ophysique permettant de d finir le module de d formation dynamique de la roche en profondeur peut tre recommand dans le cas de barrages lev s 81 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 4 3 2 M thodologies tude de cas Un court rapport sur les techniques g omorphologiques utilis es pour l am nagement de Cordi anes situ en montagne dans le Massif Central des Picos de Europa Le n Espagne aidera d montrer l int r t des tudes mentionn es c1 dessus La figure 4 1 repr sente sch matiquement le site comportant e Un seuil de 11 5 m de haut depuis les fondations e Un r
187. dimensions caract ristiques d une turbine Francis Comme pour toute analyse statistique ces r sultats ne seront pas suffisants pour concevoir une turbine notamment cause du risque de cavitation voir chapitre 6 2 4 et ne correspondent qu des valeurs moyennes standard Figure 6 106 Coupe d un roue Francis Le diam tre de sortie D est donn par l quation 6 20 VH D 84 5 0 31 2 488 Nor E m 6 20 Le diam tre d entr e D est donn par l quation 6 21 m 0 095 D 0 4 D m 6 21 Ngo Le diam tre d entr e D est donn par l quation 6 22 pour nor gt 0 164 D D m 6 22 0 96 0 3781 No Pour nor lt 0 164 on peut consid rer que D D Pour le calcul des autres dimension le lecteur est invit se reporter aux articles mentionn s ci dessus Turbines Kaplan Les turbines Kaplan ont des vitesses sp cifiques plus lev es que la Francis et la Pelton 172 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 6 107 Coupe d une turbine Kaplan Dans la phase de pr dimensionnement le diam tre externe de roue D peut tre calcul par l quation 6 23 VH 84 5 0 79 1 602 m 6 23 D No 60 n Le diam tre de moyeu de roue D peut tre calcul par l quation 6 24 D 0 25 9231 D m 6 24 Ngo Pour le calcul des autres dimensions le lecteur est invit se reporter a
188. diminue avec l augmentation de la capacit D autres Etats Membres augmentent le soutien aux centrales plus petites en diminuant la valeur de la prime lorsque la production augmente Par exemple en Autriche le premier GWh g n r dans une nouvelle centrale est pay 5 96 cts d euros les 3 GWh suivants 4 58 cts d euros et 3 31 cts d euro au del de 24 GWh Un tableau d taill complet des tarifs applicables des petites centrales hydro lectriques en UE est donn dans le chapitre 8 La Directive CE sur les r gles communes du march int rieur de l lectricit souligne galement la priorit d installations de production utilisant des sources d nergies renouvelables Les instruments politiques en place dans les diff rents pays membres sont tous bas s sur deux principes essentiels Comme la figure A 2 le montre les instruments affectent soit l offre soit la demande d lectricit renouvelable et la cible est soit la production d lectricit soit la puissance install e des centrales d lectricit renouvelable A l int rieur de cette cat gorisation 1l existe en fait trois instruments principaux pour promouvoir l lectricit verte Ces instruments sont 1 les tarifs d achat 11 des obligations de quota en association avec le syst me de certificat vert et 11 des d appels d offre A c t des trois instruments principaux 1l existe des m canismes compl mentaires possibles comme des su
189. documents sutvants e nformation g n rale sur l organisme cherchant obtenir la licence raison sociale adresse noms des administrateurs lorsque c est le cas organigramme etc 260 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 e Etats financiers r cents comprenant les bilans et l tat des revenus des trois derni res ann es e Business plan recouvrant au moins une p riode de cinq ans e tude de faisabilit 9 3 1 2 Autorisation d installation Cette autorisation est la plus compliqu e et la plus longue obtenir Pour un projet d lectricit SER le demandeur doit remplir une demande l autorit r gionale Le format de cette demande est donn par la d cision minist rielle 2000 2002 Il est n cessaire d avoir une autorisation de production d lectricit en cours de validit pour remplir la demande La demande est accompagn e d un certain nombre de documents de soutien d tudes de cartes etc Bien que l autorit r gionale soit l unique point d entr e pour remplir la demande d autorisation d installation cela ne signifie pas que cette demande soit uniquement trait e en interne dans les services r gionaux Au contraire l autorit r gionale demande l opinion de nombreux services avant d accorder l autorisation d installation Un certain nombre d autres licences interm diaires sont galement demand es avant la d cis
190. du d but de la deuxi me ann e ann e 2 245 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Le taux d actualisation est de 8 et la valeur r siduelle est nulle Le tableau 8 2 montre le cash flow ou flux de tr sorerie le long de la dur e de vie du projet Valeur actuelle nette VAN L quation 8 5 peut tre pr sent e comme ci dessous 6 R O M amp I VAN y t t t t 1 7r 1 7r t 4 r 0 7 Pour calculer l quation ci dessus on doit prendre en consid ration que R varie chaque ann e en raison du changement du prix de l lectricit En calculant l quation manuellement ou en utilisant la valeur VAN partir d un tableur la VAN obtenue est 444 803 Taux interne de rentabilit TRD Le TRI est calcul en utilisant un processus de calcul it ratif diff rents taux d actualisation correspondant une VAN 0 ou un tableur VAN utilisant r 8 VAN 444 803 VAN utilisant r 9 VAN 40 527 En suivant l it ration et le calcul de VAN le taux d actualisation r est de 8 91 pour une VAN gale z ro et par cons quent le TRI est de 8 91 Rapport b n fice Co t R ou enrichissement relatif en capital A la 35 ann e la VAN des recettes est de 8 365 208 et la VAN des co ts est de 7 884 820 Cela donne Rye 1 061 En faisant varier les hypoth ses on peut v rifier la sensibilit des param tres Les tabl
191. e e soit conforme aux normes environnementales 9 3 3 3 Les accords sur les prix PPA Power Purchase Agreements Pour tablir un contrat de financement avec une banque le promoteur devra d montrer qu il a un acheteur pour son lectricit garantie pour un certain nombre d ann es Il existe habituellement deux mani res de faire l Le programme Alternative Energy Requirement AER C est un concours organis par le gouvernement qui accorde des contrats des producteurs individuels Ces contrats demandent un fournisseur public d lectricit d acheter l lectricit un prix fix pour 15 264 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 ans Il existe une concurrence importante pour ces contrats et il n y a pas de garantie d obtenir l accord 2 Acc s par des tiers 1l est possible d tablir un accord avec un fournisseur du march de l lectricit qui accorderait au promoteur un contrat garantissant d acheter l lectricit un prix donn pour une p riode donn e Ceux ci peuvent galement tre relativement comp titifs et ne vont pas tre beaucoup plus lev s que les prix AER 9 3 4 Autriche La premi re tape administrative est une discussion avec des experts des structures gouvernementales Le promoteur doit indiquer par crit le d bit du projet issu d une tude de pr faisabilit qui tablit les principaux l ments rivi r
192. e Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 3 38 Composants d un mod le hydrologique 85 Fioure 4 39 R pr sehtatlon sch matique du Sie araen ea a lient 90 Figure 4 40 Emplacement du barrage et structures des deux berges 91 Figure 4 41 Section g ologique de la formation colluviale 91 Figure 4 42 Am nagement g omorphologique d un tra age de canal 92 Figure 4 43 Coupe sch matique de la galerie sous les colluvions 94 Figure 4 44 Finition en b ton d finissant la section finale de la galerie 95 Figure 445 Faille pr sent dans la Galerie de La Rain ie 96 Figure 4 46 R sultats de l op ration d injection de ciment 98 Fioure 447 Am ndemeni de Ra NNa NS dan NO eine 99 Figure 4 48 Profil en long de l am nagement de La Marea ss 101 Figure 4 49 Vue en plan de l am nagement de La Marea RRRRR 101 Figure 5 50 Barrage en remblai constitu de diff rents mat riaux avec noyau de moraine 107 Figure 5 51 G om tries types des barrages vo tes simple et double courbure 109 Figure 5 52 Barrage ma onn masque amont vertical en b ton 110 Foire s 53 DafRa pes CH OISE soda a nl 110 Figure 5 54 R partition des effor
193. e dans le cas de propagation en amont d une petite vague de perturbation due la fermeture ou l ouverture d une vanne ou dans le cas d une augmentation de d bit dans un canal collecteur Figure 2 18 Distribution typique pour un coulement en canal ouvert 40 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Canal trap zo dal nu T sum ans ou seu me en eu i ker a foss peu profond cours d eau naturel Figure 2 19 Repr sentation de diff rents types de d bits Profon L deur constante 4 i coulement uniforme stationnaire coulement uniforme instationnaire RV v RV GV RV GV RV 41 4 vanne contraction a SOUS Vanne ressauthydrauliqhie d bit uniform ment Wri seuil deversant GV progressivement vari RV rapidement vari Comme dans les conduites enti rement ferm es les coulements en canal suivent galement l quation de Bernoulli et par cons quent la formule 2 1 s applique On note h la perte d nergie lorsque l eau s coule de la section 1 vers la section 2 2 3 2 coulement uniforme en canal Par d finition un coulement est consid r uniforme lorsque 41 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 I la profondeur la section et la vitesse de l coulement sont constantes dans chaque section transversale du canal 2 la ligne de char
194. e emplacement chute d bit syst me puissance production etc et pr senter cette tude au gouvernement Ceci est une v rification pr alable pour viter une collision avec d autres projets possibles ou une position g n rale du gouvernement Apr s cette tape un projet appel wasserrechtliches Einreichprojekt projet pr par pour obtenir l autorisation de construction d un site doit tre pr par Compar l tude de faisabilit pr alable il donne tous les d tails n cessaires Ce projet constitue la base pour les n gociations dans le cadre de la proc dure d accord Cette proc dure consiste en grande partie des d bats publics Dans cette tape les personnes impliqu es incluant des p cheurs etc peuvent s exprimer sur ce qu ils veulent ou sur ce qu ils ne veulent pas Le pr sident de cette r union doit rassembler toutes les opinions et enfin prendre la d cision finale L tape cons cutive concerne la loi environnementale Bien que des th mes environnementaux soient inclus dans le droit d eau des pr cisions suppl mentaires peuvent tre demand es ainsi qu une proc dure s par e L autorisation aura une validit d au moins 30 ans mais une demande peut tre faite pour des p riodes plus longues Il n existe pas de taxe sur l eau Wasserzins payer Une bonne pr paration du projet et une coop ration avec les responsables de l valuation gouvernementale son
195. e 7 131 Barri re poissons bioacoustique ss 239 Figure 8 132 Co t sp cifique des capacit s install es en Euros kW en fonction de la chute m tres 244 Figure 8 133 Co ts d investissement par capacit install e pour des hauteurs de chutes donn es 244 Figure 8 134 Co ts d investissements clefs en main selon ESTIR pour les petites centrales hydro lectriques minima moyens et Maxima M AT ai een 245 Figure 9 135 R glementation du d bit r serv en Suisse 266 Figure 9 136 Organigramme des proc dures administratives portugaises 275 Fours 1372 Barisegoniabl E SE ao ai des essor ces 300 Figure 5 138 Repr sentation sch matique d un seuil en siphon 302 Figure 5 139 Vue sch matique d un vacuateur en puits dans un canal 302 Figure 5 140 D versoir de type labyrinthe vu d dessus sn annee 303 LISTE DES TABLEAUX Tableau 2 1 Tableau 2 2 Tableau 2 3 Tableau 2 4 Rugosit e pour diff rentes conduites du commerce 33 Coefficient de Manning n pour diff rentes conduites du commerce nessssssessseessesseeesseee 38 Co rncrents d Hazen Wii aNs rens nn aides mateieitie 39 Pertes suppl mentaires dans les grilles pour des approches non perpendiculaires 41 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Tableau 2 5 Caract ris
196. e Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Une conduite forc e de petit diam tre en PVC par exemple peut tre pos e sur le sol en fond de fouille selon sa configuration l aide de sable et de gravier autour de la conduite pour fournir une bonne isolation De petites conduites install es de cette mani re ne n cessitent pas de blocs d ancrage ni de joints de dilatation Les conduites forc es plus grandes ne sont g n ralement enterr es que si un minimum d excavation de roche est exig Les conduites forc es enterr es doivent tre soigneusement peintes et rev tues pour prot ger l ext rieur de la corrosion mais en supposant que le rev tement de protection n est pas endommag lors de l installation la maintenance ult rieure devrait tre minime Sur le plan environnemental la solution est optimale car le sol peut revenir son tat d origine et la conduite forc e ne constitue pas d obstacle la faune n1 la flore Figure 5 76 Conduite forc e a z lrn Fee _ Te aa L joint de dilatation 7t mi e yi mas N a ST RS ESS bloc d ancrage bloc de support Une conduite forc e install e au dessus du sol peut tre con ue avec ou sans joints de dilatation Les variations de temp rature sont particuli rement importantes si la turbine ne fonctionne pas de mani re continue ou lorsque la conduite forc e est vid e pour une r paration ce qui entra ne une dilat
197. e cette notion de charge exprim e en m ne corresponde aucune r alit physique ceci est commode compar l utilisation des Joules puisque c est pr cis ment une diff rence de niveaux d eau qui entra ne l coulement de l eau L quation de Bernoulli exprime la charge totale d un coulement dans une conduite de section circulaire sous une certaine pression P F pa yo 28 H h 2 1 21 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 O H est la charge totale m h est l altitude de la section de mesure par rapport m un niveau de r f rence P la pression dans la section de mesure Pa y la masse volumique de l eau kg m Vi la vitesse de l eau m s g l acc l ration de la pesanteur m s La charge totale au point 1 est alors la somme alg brique de l nergie potentielle h de P nergie de pression P y et de l nergie cin tique V 2g g n ralement appel e charge dynamique Pour un canal ouvert la m me quation s applique en rempla ant le terme P y par di la profondeur d eau S1 l coulement dans un tube de verre long et droit de petit calibre est tr s lent et que l on introduit l entr e du tube un coulement mince d eau color e l eau color e se pr sente comme une ligne droite le long du tube indiquant un coulement laminaire L eau s coule par lamelles comme des tubes
198. e charge locales ou singuli res En compl ment des pertes par frottement l coulement travers les conduites subit des pertes de charges locales dues aux singularit s telles que changements de g om trie au niveau des entr es courbes coudes joints grilles vannes et contraction ou largissement brusque de la section Cette perte d pend de la vitesse et est exprim e par un coefficient exp rimental K appliqu au terme d nergie cin tique V 2g 2 2 2 1 Pertes dans les grilles Une grille est toujours n cessaire l entr e des conduites en charge et des prises d eau pour viter l introduction de corps flottants L coulement travers les grilles entra ne une perte de charge Bien qu habituellement petite elle peut tre calcul e par une formule de Kirschmer 31 3 ft Fe h Kt 7 sind b E s Lal P 2 16 dont les param tres sont identifi s sur la figure 2 4 32 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 2 12 Coefficients de perte de charge des grilles he perte de charge mm t t paisseur des barreaux mm b O b espacement entre barreaux mm V vitesse d approche m s g constante gravitationelle k 2 4 1 8 1 8 1 7 10 0 8 angle d inclinaison sur l horizontale Pour des raisons structurelles cette formule est uniquement valable si la longueu
199. e est parfaitement en harmonie avec les rochers environnants et comporte un d versoir semi circulaire A partir de la chambre de mise en charge une conduite forc e en acier de 1 40 m de diam tre et 650m de long achemine leau vers les turbines Dans les 110 premiers m tres la conduite comporte une pente proche de 60 dans une tranch e de 2 5 x 2 m excav e dans la roche La tranch e a t remplie de b ton color pour s adapter aux rochers environnants Une tranch e 210 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 suppl mentaire a t excav e dans le sol et masque les 540 m restants qui ont t couverts de v g tation par la suite Photographie 7 47 Entr e du tunnel durant la construction Photographie 7 48 Entr e du tunnel recouvert Quelques m tres avant d arriver la centrale la conduite bifurque l int rieur de conduites plus troites qui alimentent deux turbines Francis de 5 000 KW chacune La centrale photographie 7 10 reprend les caract ristiques de l habitat traditionnel local Ses parois calcaires ses tuiles anciennes et ses fen tres en bois lourdes ne laissent rien transpara tre de son r le industriel De plus les deux tiers de sa masse se trouvent sous la cote du terrain naturel am liorant ainsi son apparence Une chute d eau a t install e pour masquer l ouvrage en pierres du canal de fuite 211 Petite Hydro lectricite Guide
200. e est d finie comme celle correspondant la puissance pouvant tre fournie par une centrale durant une certaine p riode de la journ e avec au moins 90 95 de certitude Un am nagement au fil de l eau a une nergie garantie faible Elle est d pendante du d bit de la rivi re et de son coulement Une centrale hydro lectrique ayant un stockage pr sente en revanche une capacit importante d nergie garantie 73 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Dans un syst me de production incluant des am nagements de puissances diverses et o les centrales hydro lectriques sont g ographiquement diss min es comme c est le cas en Europe l nergie garantie de chaque centrale prise individuellement est de peu d importance Si au contraire un petit am nagement hydro lectrique a t con u pour alimenter une r gion isol e l nergie garantie est extr mement importante Une fois l lectrification d une r gion termin e la tol rance la p nurie d nergie est tr s faible 3 8 Crues Le d bit du cours d eau est en quelque sorte le combustible de la centrale Une crue repr sente cependant un danger potentiel pour toutes les structures construites dans les rivi res Par cons quent l tude hydrologique doit non seulement d finir la disponibilit de l eau pour la production mais galement la fr quence et l amplitude des crues afin d identifier une crue de
201. e g n rale de la pente lat rale droite pa 84 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Photographie 4 4 Instabilit s locales g n r es durant le travail d excavation a le Le RL ER L s PRs a Le LE ns CRE MEL as a 3 h Ti fa a b rE TH T ei a L hs Pt PACE RCE RE Tu Bm Mi i e RE Photographie 4 5 Un des escarpements glissants existants avant le d but des travaux m mp mil i Les fondations du canal doivent r pondre deux crit res e Stabilit Les canaux sont des structures rigides et ne permettent pas de d formations e Perm abilit Les canaux ne supportent pas de contre pouss es Les tudes g ologiques visent tablir les recommandations permettant d viter des tassements dans le canal et d finir un drainage ad quat pour viter la contre pouss e 85 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 4 3 2 3 Le canal en galerie La construction de la galerie doit prendre en compte les l ments suivants e Le type d excavation conditionn par les formations g ologiques qu il faudra traverser massif rocheux ou formation superficielle e La stabilit et l tanch it de la galerie Par cons quent les formations g ologiques du massif devant tre travers doivent tre connues en d tail La photographie 4 4 montre une vue des colluvions de Cordi anes so
202. e hauteur d aspiration de _101 000 880 2 _nno 1n0 oo sr os A A1 m S1 par contre elle est install e dans une centrale 2 000 m au dessus du niveau de la mer la hauteur d aspiration sera __79 440 880 2 _nno 1nn Hs 60 081 tadar 0 09 100 0 79 m Cette seconde valeur tant n gative 1l sera n cessaire d implanter la roue de la turbine en dessous du niveau de restitution La figure 6 27 donne une vue d ensemble des limites de cavitation Figure 6 109 Limites de cavitation Kaplan Francis Coefficient de cavitation gt 0 01 0 1 1 Vitesse sp cifique nor L quation 6 30 donne un moyen de v rifier la coh rence entre la vitesse sp cifique nor et les limites de cavitation Nor 0 6860 6 30 On doit noter que de la cavitation locale peut galement survenir sur des augets Pelton si le bord d attaque de l auget n est pas con u correctement ou si la forme test e en laboratoire n a pas t totalement respect e durant la fabrication 178 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Vitesse de rotation Selon l quation 6 5 la vitesse de rotation d une turbine est directement associ e sa vitesse sp cifique son d bit et sa chute Dans
203. e l eau Pa p masse volumique de l eau kg m g acc l ration de la pesanteur m s V vitesse moyenne de sortie m s H chute nette m H hauteur aspiration m Pour viter la cavitation la turbine doit tre install e au plus la hauteur d aspiration Hs d finie par l quation 6 27 2 P P ee eve m 6 27 P g 28 Une valeur positive de H signifie que la roue de turbine peut tre install e au dessus du niveau aval et une valeur n gative indiquant une implantation en dessous de ce niveau Le coefficient de Thoma est d termin par des essais sur mod le r duit en laboratoire Sa valeur est fournie par le constructeur de la turbine Les relations ci dessous sont les r sultats d tudes statistiques et permettent d estimer en premi re approche la valeur de en fonction de la vitesse sp cifique nos pour les turbines Francis et Kaplan 2 Francis 2715 eTa 6 28 N tze H 6 28 2 Kaplan atska eee f 6 29 p N 5 6 29 Il faut noter que Pam d cro t avec l altitude d environ 1 01 bar au niveau de la mer 0 65 bar 3 000 m au dessus du niveau de la mer Il en r sulte qu une turbine Francis ayant une vitesse 177 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 sp cifique de 0 150 fonctionnant sous 100 m de chute avec un o correspondant 0 090 et se trouvant dans une centrale au niveau de la mer exigera un
204. e la conduite jusqu ce que la vitesse de l eau V ait disparu l eau est comprim e et la conduite est largie tout le long de sa longueur d A ce point l nergie cin tique de l eau a enti rement t transform e en travail de d formation de l eau sous forme d augmentation de compression et en travail de d formation de la conduite sous forme d augmentation de traction Comme l eau dans la retenue est une pression statique normale mais que l eau dans la conduite est maintenant une pression plus lev e l coulement s inverse et est forc de retourner nouveau dans le r servoir avec une vitesse V e Lorsque l eau dans le r servoir commence refluer la pression dans la conduite est r duite une pression statique normale Une onde de d charge de pression parcourt alors la conduite en direction de la vanne f jusqu ce que le travail de d formation soit reconverti en nergie cin tique g Toutefois la diff rence du cas a l eau s coule pr sent dans la direction oppos e et en raison de sa quantit de mouvement l eau tente nouveau de maintenir cette vitesse Ce faisant elle dilate l l ment d eau le plus proche de la vanne r duisant la pression cet endroit et contractant la conduite h Ceci se produit sur les l ments d eau successifs et une onde de pression n gative se propage vers l arri re en direction du r servoir 1 jusqu ce qu
205. e la conduite enti re soit sous compression et l eau sous pression r duite J Cette onde de pression n gative aurait la m me amplitude absolue que l onde de pression initiale positive si les pertes par frottement n existent pas La vitesse revient alors Z ro mais la pression plus basse dans la conduite que dans le r servoir force l eau refluer dans cette conduite k L onde de pression circule en arri re en direction de la vanne e jusqu ce que le cycle entier soit termin et qu un second cycle commence b La vitesse avec laquelle le front de pression se d place est une fonction de la vitesse du son dans l eau modifi e par les propri t s lastiques du mat riau de la conduite En r alit la conduite forc e est g n ralement inclin e mais l effet reste le m me l onde de pression en chaque point le long de la conduite s ajoutant ou se soustrayant la pression statique au niveau de ce point L effet d amortissement par frottement l int rieur de la conduite entra ne une dissipation progressive de l nergie cin tique l amplitude des oscillations de pression d croissant avec le temps Bien que certaines vannes se ferment presque instantan ment une fermeture prend g n ralement quelques secondes au minimum Mais si la vanne est ferm e avant que la pouss e de pression initiale ne revienne l extr mit de la conduite c t vanne g le pic de pression restera inchang toute l
206. e la glace Poids des objets et mat riaux solides flottants pression d eau en aval acc l ration dynamique due aux s ismes augmentation de la pression de l eau due aux s ismes ee ANU amp ND N Les contraintes verticales sont 102 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 poids du barrage poids de l eau sur la face amont inclin e pression interstitielle d l vation contre pouss e induite par les infiltrations contraintes dynamiques dues aux s ismes ee ER D e Il existe galement une faible pression correspondant au poids de l eau sur la face aval inclin e Figure 5 54 R partition des efforts sur les barrages en b ton La compr hension du m canisme des pressions d l vation et de leur importance pour les barrages poids a progress r guli rement au cours du temps Leur existence n tait pas connue jusqu au d but du 20 si cle Pour les premiers barrages poids construits en ma onnerie les pressions d l vation taient limin es en raison du drainage efficace induit par leur structure poreuse Le passage de la ma onnerie au b ton tanche dans la construction des nouveaux barrages de dimensions similaires a alors entra n de nombreuses d faillances et mis en en vidence ce ph nom ne Les barrages en b ton modernes comportent un important r seau de drainage constitu
207. e poisson la base et de le transporter en amont en toute s curit Ces dispositifs sont d crits dans la r f rence Il faut uniquement une petite passe poissons pour amener les poissons du canal de fuite l ascenseur A 226 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 cet endroit l aide de moyens m caniques les poissons sont concentr s sur un chaland clapet et charg sur un chariot Eventuellement le chaland clapet les transporte directement au niveau du sommet du barrage et les d charge l int rieur de la retenue L l ment le plus important d un syst me de passage de poissons et le plus difficile concevoir en vue d une efficacit maximale est le dispositif d attrait des poissons Il est destin amener les poissons l int rieur de l extr mit basse de l ouvrage de franchissement et doit tre con u de mani re tirer avantage de la tendance du poisson migrer pour chercher des courants forts tout en vitant que ceux ci soient trop forts L coulement doit cependant tre assez fort pour loigner le poisson des vacuateurs et des canaux de fuite Les vitesses d coulement l entr e de la passe varient en fonction du type de poissons qui passent mais pour le saumon et la truite des vitesses de 2 3 m s sont acceptables Un manque d efficacit du d bit favorisant l attrait des poissons peut entra ner des d lais de m
208. e que la d nivellation nominale le d bit admis par la turbine sera H Q 0 JE 3 7 Le plan d eau en amont est g n ralement maintenu au niveau de la cr te du d versoir lorsque la totalit du d bit de la rivi re diminu du d bit r serv passe travers les turbines Lorsque le d bit de la rivi re d passe le d bit d quipement le surplus passe par dessus le d versoir Le niveau de la prise d eau correspond aux diff rents d bits du d versoir et peut facilement tre calcul Le niveau du canal de fuite est plus difficile valuer Le Hydrologic Engineering Center HEC de PUS Army Corp of Engineers Davis en Californie a d velopp un programme informatique HEC RAS qui peut tre t l charg gratuitement sur Internet http www usace army mil Bien que simple d utilisation les r sultats d pendent toujours de la qualit des donn es introduites La figure 3 14 illustre pour un cas r el la variation de la chute nette en fonction du d bit dans la rivi re ainsi que l influence de celle ci sur la puissance fournie par l installation Figure 3 37 Variation de la chute nette en trait till et de la puissance en pointill en fonction du d bit de la rivi re D bit nominal 14m s d nivellation 6 45 m f 700 SS A ET 600 6 T P donnan CN SR 500 _ a A a 3 H 400 8 g H y a F pe t a i s
209. e sans am nagements hydro lectriques Les villages de montagne ont galement besoin de l lectricit et celle ci moins d tre g n r e par l interm diaire de syst mes photovolta ques exige des lignes de transport Il est vrai qu un trac soigneusement tudi r duit sensiblement l impact Par ailleurs comme Cordi anes la sous station et les lignes de transport sont dissimul es de la vue du public et la situation est am lior e Cette conception est cependant une solution co teuse qui ne peut tre mise en oeuvre que si le projet est rentable 7 5 2 Impact sur la sant En plus de l impact visuel certaines personnes n appr cient gu re de marcher sous des lignes de transport en raison des risques pour la sant dus aux champs lectromagn tiques En dehors du fait que le risque n existe que pour des lignes de transmission de haute tension et jamais dans le cas d une petite centrale hydro lectrique et apr s plusieurs ann es de rapports contradictoires 1l n existe toujours pas de r sultat concluant 7 6 Conclusion Durant les deux derni res d cennies un nombre important de nouveaux sites d velopp s d montre que malgr des conditions environnementales plus contraignantes la coexistence paisible et durable de petites centrales hydro lectriques et de l environnement est possible Pour les petites centrales 1l est beaucoup plus facile de satisfaire les conditions environnementales que dans le
210. e unit est fournie avec un bo tier de commande en surface munie d un affichage digital Un ensemble de perches en acier inoxydable destin es d placer l appareil dans l eau fait galement partie de l quipement standard Chaque rivi re tant unique 1l faudra pour chacune d elles faire une valuation soign e de sa largeur sa profondeur des vitesses de crues probables etc De m me la campagne de mesure devra faire l objet au pr alable d un rep rage soigneux du site et d une pr paration des quipements La meilleure valuation du d bit dans une section transversale est obtenue en int grant les mesures de vitesse sur la section transversale On peut par exemple proc der de mani re graphique en tra ant chaque mesure de vitesse sur une section transversale du site de jaugeage en agrandissant l chelle verticale Les courbes des vitesses profils de vitesse isovitesses sont alors trac es et les surfaces d limit es mesur es l aide d un planim tre En variante la rivi re peut tre subdivis e verticalement en sections et la vitesse moyenne de chaque section appliqu e la zone correspondante Dans cette m thode la surface d une section quelconque ne doit pas d passer 10 de la section totale Une v rification doit toujours tre faite en utilisant la m thode pente section d crite au paragraphe 3 3 3 De cette mani re on conna tra les valeurs de n Manning de la rivi re diff
211. eau pour turbiner prioritairement durant les heures de pointes o le prix de vente de l lectricit est plus lev Gabion Pierres ou roches bris es remplissant les cages m talliques formant les barrages dits en gabions G otextiles Mat riaux synth tiques tiss s par exemple du polypropyl ne ou du nylon en rouleaux ou matelas pos s sous des pierres des rochers ou autres mat riaux de rev tement et servant de tapis de fondation perm able permanent Gradient de pression Evolution dans le temps ou dans l espace de la pression Grille Structure constitu e d une s rie de barreaux en m tal parall les espac s de mani re gale et permettant d viter l intrusion d emb cles dans la structure aval Hertz Hz Cycles par seconde unit appliqu e la fr quence Indisponibilit P riode pendant laquelle une unit de production une ligne de transmission ou autre quipement est hors service Infiltration Processus par lequel l eau de pluie s infiltre dans le sous sol contribue l humidit du sol et ou alimente les eaux souterraines Isovitesses Lignes de vitesse constante g n ralement repr sent es sur une coupe transversale du cours d eau Moyenne pond r e des pluies Chute de pluie moyenne sur un bassin versant d termin e par pond ration des pluies enregistr es aux diff rentes stations pluviom triques sur ce bassin en fonction des zones contr l es par celles ci
212. eaux 8 3 et 8 4 repr sentent respectivement la VAN et le Rys pour rapport b n fice co t correspondant l exemple A pour diff rentes dur es de vie et diff rents taux d actualisation Tableau 8 30 VAN en fonction du taux d actualisation r et de la dur e de vie An Anr 6 8 10 12 25 1 035 189 21 989 668 363 1137 858 30 1 488 187 281 347 518 242 1 050 050 35 1 801 647 444 803 431 924 1 003 909 Tableau 8 31 Ro en fonction du taux d actualisation r et de la dur e de vie An 6 8 10 12 25 1 153 1 020 0 906 0 811 30 1 193 1 050 0 930 0 830 35 1 215 1 061 0 933 0 828 Les r sultats financiers d pendent beaucoup du prix de l lectricit Le tableau 8 1 5 donne les valeurs VAN R et TRI pour diff rents tarifs 35 et 25 inf rieurs et 15 et 25 sup rieurs ceux suppos s dans l exemple A 246 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Tableau 8 1 32 VAN R et TIR pour diff rents tarifs o r est de 8 et la p riode de 35 ans 75 100 115 125 2266144 1491587 44803 1 606 638 2381 194 0 690 0 796 1 061 1 220 1 326 2 67 4 68 8 91 11 16 12 60 8 4 3 2 Exemple B Tableau 8 33 Exemple B Cash flow ou flux de tr sorerie annuel pour un investissement financ par emprunt Investissement Co ts Taux Dur e de Pr t Terme du Int r ts sur VAN Re MO d actualisation vie t banca
213. ectricit sugg re galement quelques mesures cet effet Par exemple e Dans le pr ambule de la Directive il est mentionn que gt Pour ne pas imposer une charge administrative et financi re disproportionn e aux petites entreprises de distribution les Etats membres devraient pouvoir le cas ch ant les exempter des exigences l gales relatives au d couplage de la distribution Les proc dures d autorisation ne devraient pas entra ner une charge administrative disproportionn e par rapport la taille et l impact potentiel des producteurs d lectricit Presque tous les Etats membres ont choisi d assurer la comp tition sur le march de l lectricit travers une proc dure d autorisation transparente Toutefois les tats membres doivent garantir la possibilit de contribuer la s curit de la fourniture d lectricit travers le lancement d une proc dure d appel d offres ou une proc dure analogue si une capacit de production d lectricit suffisante n est pas tablie sur la base de la proc dure d autorisation Les Etats membres doivent avoir la possibilit dans l int r t de la protection environnementale et de la promotion de nouvelles technologies naissantes de lancer un appel d offres pour une nouvelle capacit sur la base de crit res publi s Une nouvelle capacit inclut inter alia les renouvelables et le cycle combin L article 3 au sujet des
214. elatifs l octroi des autorisations de construction de capacit s de production sur leur territoire Ces crit res peuvent porter sur la protection de la sant et de la s curit publiques la protection de l environnement et l efficacit nerg tique e L article 14 portant sur les t ches de l Op rateur du Syst me de Distribution est tr s explicite en ce qui concerne les SER Un Etat membre peut imposer au gestionnaire de r seau de distribution lorsqu il appelle les installations de production de donner la priorit celles qui utilisent des sources d nergie renouvelables ou des d chets ou qui produisent de la chaleur et de l lectricit combin es Lorsque les gestionnaires de r seau de distribution sont charg s d assurer l quilibre du r seau de distribution les r gles qu ils adoptent cet effet doivent tre objectives transparentes et non discriminatoires y compris les r gles de tarification pour les redevances payer par les utilisateurs du r seau en cas de d s quilibre La Commission doit orienter et suivre l application de cette directive et soumettre un rapport d volution d ensemble au Parlement europ en et au Conseil avant la fin de la premi re ann e apr s l entr e en vigueur de celle c1 cette directive est d j en vigueur depuis ao t 2003 et doit tre transpos e en loi nationale partir du 1 juillet 2004 au plus tard et ensuite sur une base annuelle Le
215. ement tre faite pour les Kaplan et les Francis pour des basses chutes Le choix final entre une ou plusieurs unit s ou entre un type de turbine ou un autre sera le r sultat d un calcul it ratif prenant en consid ration l investissement et la production annuelle Tableau 6 17 Capacit de r ponse aux variations de chute et de d bit des diff rents types de turbines Capacit de r ponse aux Capacit de r ponse aux AIPE AEAEE variations de d bit variations de chute Pelton Elev e Basse Francis Moyenne Basse Kaplan double r glage Elev e Elev e Kaplan simple r glage Elev e Moyenne H lice Basse Basse 175 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Vitesse sp cifique La vitesse sp cifique constitue un crit re de s lection du type de turbine plus fiable et plus pr cis que les couples d bit chute mentionn s pr c demment Si nous souhaitons produire de l lectricit dans un am nagement ayant une chute nette de 100 m pour un d bit de 0 9 m s en utilisant une turbine directement coupl e un g n rateur standard tournant 1 500 t min nous commen ons par calculer la vitesse sp cifique selon l quation 6 5 On obtient Nor 0 135 Le seul choix possible correspondant vitesse sp cifique est la turbine Francis Si par contre nous acceptons une vitesse de rotation moins lev e 1l serait galement possible de proposer une Pelton 4 in
216. ement utilis e La distribution non sym trique est exprim e par un coefficient d asym trie LogPearson III et le calcul de ce coefficient tant tr s sensibles pour des s ries de donn es courtes 1l existe des recommandations pour l utilisation de facteurs d asym trie modifi s qui ne sont pas uniquement bas s sur les s ries de donn es r elles mais incluent galement une exp rience g n rale de la r gion g ographique sp cifique Dans la m thode graphique les crues annuelles sont class es par ordre d importance et trac es ensuite sur un diagramme de probabilit correspondant la distribution souhait e G n ralement les ordonn es repr sentent la valeur et l abscisse la probabilit Les donn es doivent s aligner le plus possible sur une droite Le graphique peut ainsi tre utilis pour une interpolation une extrapolation ou une comparaison Dans le cas d une extrapolation les erreurs sont amplifi es et l interpr tation doit tre effectu e avec pr caution Dans la m thode analytique la valeur moyenne l cart type ainsi que le coefficient d asym trie dans le cas de LogPearson III de la valeur logarithmique des enregistrements de d bit sont calcul s Bas sur la fr quence souhait e un facteur de fr quence est lu sur un graphique Les logarithmes de crues correspondant certaines fr quences sont alors calcul s en prenant la valeur moyenne plus l cart type multipli par le facteur
217. enses r alis es sur sa dur e de vie Dans toute analyse conomique 1l existe toujours deux variables le taux de l argent et le temps Une certaine quantit d argent pay e ou re ue un moment donn 1 a une valeur diff rente si elle est pay e ou re ue un moment diff rent J L expression valeur actualis e correspond la valeur actuelle d une quantit future d argent ou d une recette valu es avec un taux d actualisation donn Pour d terminer la valeur actualis e VA d une future quantit d argent ou d une valeur future VF un taux d actualisation r pour un nombre d ann es n la formule suivante est utilis e VE l VA VF 8 1 r r Le terme 1 1 r est appel coefficient d actualisation Le tableau 8 1 donne la valeur de ce facteur pour diff rents taux d actualisation et en fonction du temps Par cons quent pour un taux d actualisation r le co t Cn ou le b n fice Ba pay ou per u l ann e n se traduit par un co t actualis Co calcul suivant l quation suivante l C 1 sr i E 8 2 La fraction l int rieur des crochets est le coefficient d actualisation Pour calculer la valeur actualis e d une somme donn e si elle est per ue ou d bours e un moment diff rent la formule ci dessus peut tre utilis e le coefficient d actualisation est donn sur la colonne gauche du tableau 8 1 et doi
218. entage du d bit moyen Cette repr sentation permet la comparaison de tout cours d eau petit ou grand Celle ci est particuli rement utile dans le cas o l on ne dispose que de peu de mesures de d bit sur le site que l on d sire quiper Il est en effet possible de proc der par corr lation avec des mesures r alis es sur un bassin versant voisin aux caract ristiques similaires Dans le cas o l on dispose de mesures sur le m me cours d eau mais un endroit diff rent 1l est alors possible de d terminer la courbe des d bits class s en appliquant un facteur correspondant au rapport des bassins versants partiels respectifs S il n y a pas d enregistrement de d bit un emplacement particulier 1l est n cessaire de partir des donn es pluviom triques Celles ci sont normalement disponibles aupr s d agences nationales sur la base d une moyenne annuelle Par cons quent 1l est toujours n cessaire de rechercher des enregistrements locaux indiquant les variations saisonni res Si ceux ci ne sont pas disponibles un pluviom tre standard doit tre install dans le bassin versant d s que l on envisage les tudes Des 64 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 enregistrements sur une ann e contribueront valablement l laboration de la courbe des d bits class s La premi re tape est d estimer le d bit journalier moyen annuel Qm Au Royaume Uni pa
219. erre briques et enduit perfor s Composants mobiles de turbine quilibrage dynamique G n rateur synchrone sans balai refroidi l eau Engrenages de pr cision du multiplicateur Carters de turbine et carter de multiplicateur de vitesse fortement renforc s pour viter des ph nom nes de r sonance et des vibrations e Ancrage de la turbine par l interm diaire de b ton sp cial anti r tr cissement pour garantir la condition monolithique entre l ensemble hydraulique et le bloc de fondation e Ballastage de la turbine par l interm diaire de masses importantes de b ton pour r duire au minimum l amplitude de vibration La ventilation souterraine a trois objectifs essentiels d shumidification des pi ces pour assurer un fonctionnement et une maintenance corrects des quipements alimentation en air frais pour les ouvriers et suppression de la chaleur g n r e par les diff rents composants de la centrale Avec un 205 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 volume maximum de circulation d air valu 7 000 m heure la vitesse de Pair l int rieur des canalisations d air n exc de jamais 4 m s Si les deux exemples ci dessus sont tr s particuliers il est int ressant de les prendre en consid ration car 1ls montrent que de nombreuses innovations technologiques permettent de r pondre aux contraintes environnementales m me si leur co t est parfois con
220. ertificat Vert par MWh produit qui est commercialis s par ment des biens mat riels La valeur de TGC vient en tant que r sultat de l obligation de tous les consommateurs d acheter une certaine quantit de certificats verts aux producteurs de E SER selon un pourcentage fixe ou quota de leur consommation production totale d lectricit Puisque les consommateurs souhaitent acheter ces certificats aussi bon march que possible un march auxiliaire de certificats se d veloppe l o les producteurs de SER se font concurrenc s pour la vente des certificats verts e Syst mes d appels d offres Dans ce syst me qui a fonctionn historiquement au Royaume Uni dans le cadre des accords NFFO mais n est plus en place les producteurs E SER sont soumis des offres pour des contrats prix fixe offerts par les autorit s Le syst me est associ soit des tarifs d achat soit des TGC certificats verts Au Royaume Uni o le syst me fonctionnait les TGC sont connus sous le nom de ROC Renewable Obligation Certificates Des proc dures d appels d offre peuvent tre utilis es pour s lectionner des b n ficiaires en vue d un soutien d investissement ou de production ou pour d autres droits limit s Des investisseurs ou producteurs potentiels doivent concourir travers un syst me d appels d offre comp titif Le crit re d valuation d offres est fix avant chaque tour d appels d offre Le g
221. es Il suffit d extraire les enregistrements des d bits pour un mois particulier partir de chaque ann e d enregistrement et de traiter ces donn es comme on le fait pour l ensemble des donn es Si les relev s de d bits ne sont pas suffisants pour appliquer cette m thode 1l est alors possible de proc der par analyse pluviom trique 3 4 5 Hauteur de chute 3 4 5 1 Evaluation de la d nivellation chute brute La d nivellation appel e galement chute brute correspond la diff rence d altitude entre les plans d eau amont sup rieur et aval inf rieur de l am nagement envisage Sur le terrain les mesures de d nivellation sont habituellement r alis es en utilisant des techniques de topographie La pr cision n cessaire limite cependant le nombre et le type de m thodes pouvant tre utilis es La meilleure fa on de mesurer une d nivellation consiste utiliser un niveau de g om tre et une mire il s agit cependant d un proc d lent Des mesures pr cises peuvent galement tre faites l aide d un tachym tre ou de mani re moins pr cise l aide d un clinom tre ou niveau d Abney De nos jours le travail est simplifi gr ce l usage de th odolites niveaux et stations lectroniques Les niveaux digitaux lectroniques actuels par exemple fournissent tr s rapidement un affichage automatique de la hauteur et de la distance avec une pr cision de mesure inf rieure au mm et une m moire interne
222. es de lignes lectriques Int gration visuelle Vie sauvage public g ne pour la vie Basse sauvage cosyst me aquatique Alt ration de l habitat D rivation temporaire d eau cosyst me aquatique Alt ration de l habitat Utilisation d engins C CAVE UT E Eao Vie sauvage public Bruit Haute d h licopt res de voitures i pour le personnel de c bles Pr sence humaine sur site Vie sauvage public Bruit Basse durant les travaux aquatique R alisation d enrochements Ms a pe R alisation de routes et b timents 202 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Tableau 7 23 Impacts durant le fonctionnement sai nog curanta Entit s affect es Impact Priorit oroduction HONOR RSS Public R duction des polluants Haute renouvelable Retenue de cours d eau cosyst me aquatique Modification de l habitat T Te BAe F ran Ecosyst me aquatique Modification de l habitat Haute les lits de rivi re D rivation de cours d eau Modification de l habitat Conduites forc es Impact visuel N Il li Koni Ha ce ne Public vie sauvage Impact visuel Basse lectriques cosyst me aquatique Modification de l habitat Enrochements ne Basse public en g n ral impact visuel Poissons Modification de l habitat Haute Plantes Modification de l habitat Moyenne Modification du d bit a Modification des activit s
223. es il 113 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 est commode d installer devant la grille fine une grille sp ciale ayant des barreaux amovibles et largement espac s pas de 100 mm 300 mm pour prot ger l quipement de nettoyage automatique et diminuer son travail Les grilles sont g n ralement fabriqu es en acier inoxydable ou noir Dans certains cas on peut recourir des barreaux profil s g n rant moins de turbulence et moins de pertes de charge Le pas de la grille varie de 12 mm pour des petites turbines Pelton haute chute un maximum de 150 mm pour des grandes turbines h lices ou Kaplan La grille doit avoir une surface nette de passage la surface totale diminu e de la surface frontale des barreaux assurant que la vitesse de l eau n exc de pas 0 75 m s sur des petites prises ou 1 5 m s sur des prises plus grandes Ces recommandations sont essentielles si l on veut viter d attirer des mat riaux solides flottants vers la grille Elles peuvent tre boulonn es sur le ch ssis de support l aide de boulons en acier inoxydable ou plac es dans des glissi res verticales afin d tre enlev es et remplac es par des batardeaux lors de travaux de maintenance Les grandes grilles sont dimensionn es en partant de l hypoth se qu elles peuvent tre totalement obstru es la structure de support devant alors r sister la pression totale exerc e par l eau sur
224. es empiriques Au fil des ans de nombreuses relations empiriques bas es sur l exp rience ont t d velopp es En g n ral elles ne sont pas bas es sur des principes physiques rigoureux et manquent m me parfois de coh rence dimensionnelle Elles se basent sur l intuition que le frottement dans une conduite ferm e est l ind pendant de la pression de l eau 2 proportionnel sa longueur 3 inversement proportionnel son diam tre affect d un exposant 4 proportionnel la vitesse de l eau affect e d un exposant Dans des coulements turbulents 1l est influenc par la rugosit de la paroi Une de ces formules largement utilis e pour estimer l coulement dans des canaux ouverts mais galement applicable des conduites a t d velopp e par Manning Strickler 1r Ca j 2 13 O n est le coefficient de rugosit de Manning s m Ksticke 1 n P est le p rim tre mouill m A est la section de la conduite m et S est le gradient hydraulique ou la perte de charge par m tre lin aire h L En appliquant la formule ci dessus une conduite transversale circulaire m 10 29 n 0 D 2 14 104 N y a 2 14a 29 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Le tableau 2 2 pr sente le coefficient de Manning n pour diff rentes conduites du commerce Tableau 2 2 Coefficient de Manning n pour diff rentes conduites du c
225. es engagements vis vis de la r duction des gaz effet de serre et autres missions 1l est important de s assurer que l ouverture du march est compatible avec celles ci Le tableau A 5 montre les efforts des Etats membres pour g rer la demande et encourager la production d nergie renouvelable Tableau A5 Cadre politique environnemental cert verts certificats verts BE Addition nette la production 1998 2001 nouveau p trole net nouveau Nouvelle gaz net SER nette Taxe sur M canisme principal de soutien l nergie des SER tarif d achat fixe Pas d information syst me de quota cert verts 225 Belgique EE Ge fe run farcuemennens ue fon Fe CE ream Fe e CIE ES oe or E EE REC EC ES ES Pas d information 511 XX x KKK x K KK KK kK EE 17 5 5 F syst me de quota appel d offres 5228 5734 Source Second rapport de r f rence sur la mise en uvre du march int rieur d lectricit et de gaz Document de travail du personnel de la Commission SEC 2003 448 Le tableau montre que tous les Etats membres ont un programme de soutien des nergies renouvelables et l efficacit de telles politiques peut tre valu e par une estimation des diff rentes nergies entrant dans la capacit nette ajout e durant les ann es 1998 2001 Il en r sulte qu un progr s notable est r alis par rapport aux nergies renouvelables qui comporte pr
226. es ensuite pour tablir la pente de la ligne d eau S Des mesures de la section transversale permettent de d terminer sa surface A et son rayon hydraulique R Une fois ces param tres connus le d bit est calcul par la formule de Manning AR T n Q 3 6 Cette m thode est parfois critiqu e en raison de sa d pendance la valeur de n Etant donn que pour des coulements naturels n est d environ 0 035 une erreur de 0 001 sur n g n re une erreur de d bit de 3 Cette critique peut tre partiellement lev e en repr sentant n en fonction du niveau pour tous les d bits mesur s de sorte que le choix de n pour des niveaux lev s ne soit pas arbitraire Si la pente peut tre mesur e lors d une crue importante alors cette m thode sera la meilleure pour de tels d bits Des valeurs types du n de Manning pour des cours d eau sont donn es dans le tableau 3 1 Tableau 3 7 Valeurs types du coefficient de Manning n pour des cours d eau Courant s coulant doucement dans un canal propre 0 030 Courant ou rivi re naturel le standard dans des conditions stables 0 035 Rivi re de faible profondeur avec des m andres et ayant une flore et une 0 045 faune aquatiques importantes Fleuve ou courant peu profond avec des pierres des herbes et autres v g tations tiges 3 4 Caract ristiques des coulements des cours d eau Les mesures de d bits r alis es pour un site particulier durant un cert
227. es longues conduites lorsque le canal ouvert est remplac par une conduite en pression tout au long du trac Pour une approche rigoureuse 1l est n cessaire de prendre en consid ration non seulement l lasticit de fluide et du mat riau de la conduite comme ci dessus mais galement les pertes hydrauliques et la dur e de fermeture de la vanne L approche math matique est lourde est requiert l utilisation d une programmation informatique Pour les lecteurs int ress s Chaudry 19 Rich 20 et Streeter et Wylie 21 donnent quelques m thodes de calcul et un certain nombre d exemples Pour d terminer l paisseur de conduite minimum requise un point quelconque le long de la conduite forc e deux hypoth ses de coup de b lier doivent tre prises en consid ration coup de b lier normal et coup de b lier d urgence Un coup de b lier normal survient lorsque la turbine 145 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 ferme sous commande de l op rateur Dans ces conditions la surpression dans la conduite forc e peut atteindre 25 de la chute brute dans le cas de turbines Pelton et 25 50 dans le cas des turbines r action en fonction du temps de man uvre du r gulateur Le conseil du fabricant de la turbine doit tre pris en consid ration Un coup de b lier d urgence entra n par exemple par une obstruction de l injecteur d une turbine Pelton ou par
228. es pertes d nergie dans un am nagement hydro lectrique 189 Figure 6 112 Niveaux de rendement des petites turbines hydro lectriques 190 Fisur 6 113 Mu ltiplicat ur a arbres parall les ass sine ns non tnt 192 Figure 6 114 Multiplicateur engrenages coniques 192 Four 6 LES MultibCAteUr ACOUPOI manne Ne Mean pa 192 Figure 6 116 G n rateur axe vertical coupl directement une turbine Kaplan 196 Fiour 6117 R gulateur de vitesse M canique serres teen in reins 199 Priout GTS Mesure CO MINEURS ne tn die 204 Figure 7 119 Sch ma de l am nagement de Cordi anes 215 Figure 7 120 Section transversale de l am nagement de Neckar 221 Figure 7 121 Exemple de courbe de d bits class s en fonction de temps 226 Fisur 7 122 Se cuon transversale d un lit d rivi re tnt annales 228 Figure 7 123 Relation entre le d bit environnemental et la morphologie du lit de rivi re 230 Figure 7 124 Dispositifs seuils r ctansulair s s sue arr enadidin 231 Figure LI237 Passe a poissons d CHICAR S Re E Ne 232 Fisure 7126 Passe poissons a fentes VerLICAless she ini inde 233 Fiere 7 12 re Passed poissons D esse ta ic nent 234 Figure 7 128 Coupe de l cluse de Borl nd sss ss NS RM enter 234 Pipar 74129 Dispositit d atttalt au SSSR re AS E 235 Four 7A90 Schemade recran de CON end ne Ne eu 237 Figur
229. es peuvent tre obtenues l adresse www wmo ch 3 3 Evaluation des d bits de cours d eau par une mesure de d bit Dans le cas o aucun relev de d bits n est disponible le mieux est de r aliser une campagne de mesures durant au moins une ann e Une mesure unique de d bit instantan dans un cours d eau a peu d int r t puisqu elle ne donnera qu une indication ponctuelle insuffisante pour d terminer le d bit d quipement de la future installation Plusieurs proc d s de mesurage sont disponibles 3 3 1 M thode d exploration du champ des vitesses C est une m thode conventionnelle pour des rivi res moyennes grandes Celle ci se base sur la section transversale de la rivi re et la vitesse moyenne de l eau passant travers celle ci Une section appropri e du cours d eau jauger doit tre s lectionn e sur un tron on relativement droit pr sentant un coulement calme figure 3 2 Pour que la mesure soit valide la section choisie doit avoir une largeur uniforme bien d finie et d limit e Figure 3 25 Mesure du niveau de la rivi re d finitions mire H B niveau z ro Lorsque le d bit augmente la cote du plan d eau monte alors qu elle descend lorsque le d bit diminue Le niveau mesur en m tres et centim tres est relev quotidiennement au m me moment 53 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 de la journ e Dans les stati
230. es pour le d veloppement du processus sont comprises l exception de celles concernant le Directoire G n ral pour l nergie dont les co ts sont beaucoup plus bas 267 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Le diagramme ne repr sente pas le cas d un projet d une PCH dans une zone environnementale sensible par exemple le r seau Natura 2000 de plus il est consid r que les co ts d une tude d impact ne sont pas compatibles avec des budgets relativement bas de PCH ayant une capacit inf rieure 1 MW Dans le diagramme des proc dures la demande de point de raccordement faite au Directoire G n ral pour l nergie a t ajout e suite l accord du Minist re de l Environnement bien que cette situation sp cifique ne soit pas pr vue dans la l gislation 9 3 7 Suisse Comme tout Etat f d ral la Suisse a ses r gles qui peuvent varier d un canton l autre N anmoins les proc dures sont similaires et un certain nombre de lois f d rales sont appliqu es e Loi sur la protection de l eau http www admin ch ch f rs c8 14 20 html d bits r serv s e Loi sur l nergie http www admin ch ch f rs c730 0O html acc s au r seau et conditions de rachat e Loi sur les forces hydrauliques http www admin ch ch f rs c721_ 80 html r glementation des concessions Ce sont les principales lois qui fixent le cadre l gislatif en Suisse po
231. esign of Spillways and Energy Dissipaters Washington DC 1964 7 T Moore TLC for small hydro good design means fewer headaches HydroReview April 1988 8 T P Tung y otros Evaluation of Alternative Intake Configuration for Small Hydro Actas de HYDROENERGIA 93 Munich 9 ASCE Committee on Intakes Guidelines for the Design of Intakes for Hydroelectric Plants 1995 10 G Munet y J M Compas PCH de r cup ration d nergie au barrage de Le Pouzin Actas de HIDROENERGIA 93 Munich 11 G Smausser amp G Hartl Rubber seals for steel hydraulic gates Water Power amp Dam Construction September 1998 12 ISO 161 1 1996 Thermoplastic pipes for conveyance of fluids Nominal outside diameters and nominal pressures Part 1 Metric series 13 ISO 3606 1976 Unplasticized polyvinyl chloride PVC pipes Tolerances on outside diameters and wall thickness 14 ISO 3607 1977 Poly thylene PE pipes Tolerance on outside diameters and wall thickness 149 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 15 ISO 4065 1996 Thermoplastic pipes Universal wall thickness table 16 H Chaudry Applied Hydraulic Transients Van Nostrand Reinhold Company 1979 17 J Parmakian Waterhammer Analyses Dover publications Inc New york 1963 18 Electrobras Centrais El ctricas Brasileiras S A Manual de Minicent
232. et utilisant des l ments de v g tation Un quipement peint avec des couleurs et des aspects non contrast s pour obtenir des surfaces non refl t es pourra s int grer ou compl ter les caract ristiques propres du paysage Un effort cr atif ayant habituellement peu de cons quences sur le budget peut entra ner un r sultat positif dans l acceptation du projet par toutes les parties concern es populations locales nationales et agences nationales cologistes etc La conduite forc e est habituellement la cause principale des nuisances Son agencement doit tre soigneusement tudi en utilisant les caract ristiques naturelles du site rochers sol v g tation pour l enterrer et s il n y a pas d autre solution la peindre pour minimiser le contraste avec l arri re plan Une conduite forc e enterr e repr sente habituellement la meilleure solution bien que cela entra ne quelques difficult s en terme de maintenance et de contr le pour l exploitant Des joints de dilatation et des blocs d ancrage en b ton peuvent alors tre r duits ou limin s le sol retourne son tat d origine et la conduite ne forme pas de barri re au passage d animaux sauvages La centrale avec la prise d eau la conduite forc e le canal de fuite et les lignes de transmission doit tre ins r e de mani re intelligente dans le paysage Des strat gies de r duction des impacts environnementaux doivent tre int gr es dans
233. eur d coulement Quand pour un d bit donn Q on trace la profondeur d coulement en fonction de l nergie sp cifique E on obtient une courbe d nergie sp cifique qui pr sente deux limites comme repr sent sur la figure 2 13 L asymptote constituant la limite inf rieure AC est l axe horizontal et la limite sup rieure AB est la ligne E y Le sommet A de la courbe d nergie sp cifique repr sente la profondeur y permettant de faire passer avec un minimum d nergie le d bit Q travers la section Pour chaque point pour lequel l nergie sp cifique E est sup rieure celle de A il existe deux profondeurs d eau possibles Avec la profondeur la plus faible le d bit est obtenu avec une vitesse plus lev e donc avec une nergie sp cifique plus lev e r gime connu sous le nom de r gime torrentiel Avec la profondeur la plus grande le d bit passe une vitesse plus lente mais galement avec une nergie sp cifique plus lev e r gime connu comme r gime fluvial 44 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Pour la condition critique l nergie sp cifique est au minimum et sa valeur peut par cons quent tre calcul e en d rivant l nergie sp cifique quation 2 34 par rapport y et en l galant z ro dE O dA 41 0 ay gA ay 2 35 Or pr s de la surface libre on a dA dy T o T est la largeur du canal
234. eut le constater les limites ne sont pas absolues et les domaines se recoupent Tableau 6 16 Domaine d utilisation des diff rents types de turbines Type de turbine Domaine d utilisation Kaplan et h lices 2 lt H lt 40 Francis 25 lt H lt 350 Pelton 50 lt H lt 1 300 Crossflow 5 lt H lt 200 Turgo 50 lt H lt 250 D bit Une valeur unique de d bit n est pas suffisante pour choisir un type de turbine Il est en effet n cessaire de conna tre la variabilit des d bits durant l ann e commun ment repr sent e par la courbe des d bits class s introduite au chapitre 3 section 3 4 Sur la base du graphique de la Figure 6 108 il est possible de d terminer le type de turbine correspondant un site en fonction du d bit nominal et de la chute nette Si plusieurs types sont priori appropri s 1l sera n cessaire d effectuer un calcul technico conomique permettant de choisir la machine optimale en fonction de sa puissance de sa production et de son co t On remarquera que les limites des domaines repr sent s dans la Figure 6 108 peuvent l g rement diff rer d un constructeur l autre Lorsque les variations de d bits sont grandes ou que le d bit utilisable est important 1l peut tre avantageux d installer plusieurs turbines plus petites la place d une grande En ce cas les groupes hydro lectriques sont d marr s s quentiellement en fonction du d bit disponible de mani re fonctionne
235. expertise de diff rentes personnes conduit des r sultats diff rents Une premi re approximation est habituellement donn e avec des param tres hydrologiques en utilisant l chelle entre d bit moyen annuel MNQ et d bit annuel minimum NNQ Un outil utile mais parfois co teux pour viter de prendre une valeur trop lev e est la pr sentation d une expertise sp cifique bas e sur un test de points dispers s Les experts gouvernementaux vont accepter le r sultat dans la plupart des cas Portugal Le d bit r serv doit tre gal ou sup rieur 1 10 du d bit moyen inter annuel 257 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Royaume Uni Le RU n a pas de m thode standard L autorit principale pour les rivi res Agence environnementale observe chaque site sur une base individuelle avant d accorder une licence Le point de d part pour les n gociations est habituellement Q95 c est le d bit qui s coule sur plus de 95 de l ann e mais il peut tre sup rieur ou inf rieur dans la r alit En cosse le d bit r serv doit tre gal ou sup rieur 45 du d bit moyen inter annuel Lituanie Le territoire lituanien est partag en plusieurs r gions hydrologiques dans lesquelles les valeurs de d bit r serv sont impos es Pour la premi re r gion hydrologique o les rivi res ont des d bits irr guliers le d bit r serv e
236. face pour le contr le commande distance via une ligne t l phonique des liaisons hertziennes ou d autres technologies de communication Cette approche par syst me modulaire est particuli rement appropri e pour r pondre aux besoins de sites dont les exigences sont tr s variables Elle permet de standardiser autant que possible le hardware et le software permettant ainsi de r duire les co ts et de faciliter la maintenance L automatisation des centrales permet de r duire de mani re significative les co ts de production en limitant les interventions humaines en augmentant la fiabilit et en optimisant la production par une gestion appropri e des ressources et quipements Le d veloppement de l informatique grand public a permis l utilisation de syst mes de gestion et d acquisition de donn es standardis s La baisse des co ts et l augmentation des performances dans ce domaine permettent une large int gration de l lectronique dans les syst mes de contr le commande des petites centrales Les techniques de programmation graphique participent par ailleurs au d veloppement de logiciels faciles utiliser par le biais d interfaces utilisateur graphiques 6 8 Equipements lectriques auxiliaires 6 8 1 Transformateur de service La consommation lectrique incluant l clairage et les auxiliaires peut consommer de 1 3 de la production de la centrale Un pourcentage sup rieur peut s appliquer des installations hyd
237. fermeture de vanne est de 3 secondes En rappelant les donn es e Chute brute 85 m e D bit nominal 3 m s e Diam tre int rieur de la conduite 1 0 m e Longueur totale de conduite 173 m Estimant dans une premi re approche 5 mm d paisseur de paroi pour calculer la vitesse de l onde 2 1x10 2 1x10 1 1 2 1x108 5 836 7m s 144 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 La dur e de fermeture est plus grande que la dur e critique 0 41 s mais plus courte que 10 fois sa valeur de telle sorte que la formule d Allievi peut tre appliqu e La vitesse d eau dans la conduite est V 3 82m s m 1 0 N est calcul pour une chute brute dans la conduite de 84 935 m 3 82x173 2 0 070 9 81x85x3 et par cons quent 2 p r oors 25 66 m 19 71m La pression totale maximale serait 85 00 25 66 108 55 bar 10 86 N mm Cela exige une paisseur de paroli _ 10 86x1 e 1 0 0488 m 4 88mm 2x140 Cela correspond l estimation initiale et r pond la sp cification pour la manutention des conduites sur site tmin 2 5X1 1 2 3 7 mm Calcul de la d pression d implosion 5 3 P 882500 0 114N mm 1000 Et du diam tre de la conduite d a ration 3 d 7 41 22 46 cm V0 11 Le probl me du coup de b lier devient d licat pour l
238. ffet pas le m me type de palier selon que la pouss e hydraulique doit tre reprise par l alternateur ou par un palier de la turbine Par ailleurs les paliers devront tre dimensionn s diff remment selon que la roue de la turbine est en porte faux sur l arbre de l alternateur ou non Cette derni re configuration rencontr e avec des turbines Pelton et Francis est particuli rement avantageuse puisqu elle permet de limiter le nombre de paliers 2 et d viter ainsi tout probl me d alignement Il est par cons quent recommand d adopter cette solution chaque fois que cela est possible Pour les petits g n rateurs le syst me de refroidissement est essentiellement air air alors que pour les plus grandes unit s on aura tendance adopter un syst me d changeur air eau 6 4 2 Excitatrices Le courant d excitation n cessaire au fonctionnement du g n rateur synchrone peut tre fourni par un petit g n rateur courant continu appel excitatrice entra n par l arbre du g n rateur Celui ci absorbe de 0 5 1 0 de la puissance du g n rateur De nos jours la tendance est cependant l utilisation d excitatrices statiques Excitatrices rotatives Les rotors du g n rateur principal et de l excitatrice sont habituellement mont s sur l arbre principal Dans des g n rateurs plus grands on a recours une excitatrice pilote aimants permanents Elle fournit le courant d excitation l excitatrice pr
239. formant en permanence le syst me de contr le et commande Dans la seconde approche on consid re que la charge est constante Ainsi la turbine se comporte comme si elle tait sur un r seau interconnecte et le d bit utilis par la turbine correspond au d bit disponible La charge tant constante la turbine fonctionne vitesse fixe Si la demande d cro t la turbine aura tendance acc l rer Cette acc l ration est d tect e par un capteur de vitesse et le r gulateur de charge actionne la r sistance variable de mani re compenser la baisse de la demande L op ration inverse se produit lorsque la demande augmente nouveau Ce type de r gulation est essentiellement utilis lorsque la quantit d eau dispomible est en tout temps sup rieure la quantit d eau requise par l installation Si la r gulation de vitesse n a pas de limite de puissance les r gulateurs de charge ne sont en g n ral pas utilis s pour des puissances sup rieures 100 150 KW R gulateurs de vitesse Un r gulateur est une combinaison de dispositifs et de m canismes d tectant une d viation de vitesse et la convertissant en un ordre de r gulation de d bit Un capteur de vitesse d tecte la d viation relativement une consigne et met un signal conduisant finalement un ordre de commande du servomoteur hydraulique ou lectrique actionnant les organes de r gulation de d bit de la turbine Dans une turbine Francis ce dispositif agir
240. ge la ligne de surface libre et la g n ratrice du radier sont parall les En se basant sur ces hypoth ses Chezy montre que V Cv Ri 2 27 o V Vitesse moyenne C Coefficient de r sistance de Chezy R Rayon hydraulique de la section transversale du canal 1 pente du radier Beaucoup de tentatives ont t faites pour d terminer la valeur du coefficient C Manning utilisant les r sultats de ses propres exp riences et celles d autres exp rimentateurs obtint la relation empirique suivante 1 SE la Hi 2 28 o n est le coefficient de rugosit bien connu de Manning voir chapitre 5 tableau 5 1 En substituant C partir de 2 27 en 2 28 la formule de Manning pour des coulements uniformes est obtenue l fa 117 hr FI 2 29 avec la variante l 913 1 9 QO A R 1 n 2 30 Le param tre AR est d fini comme tant le facteur de section donn dans le tableau 2 5 pour diff rentes sections de canaux La formule est enti rement empirique et le coefficient n n est pas sans dimension les formules donn es ici tant uniquement valables en unit s S I De plus les formules sont applicables uniquement pour des canaux fond plat L analyse de cours d eau naturels est plus complexe et les formules ci dessus peuvent uniquement tre appliqu es en premi re approximation 2 3 3 Section transversale efficace A partir de la formule 2 30 on peut d duire que pour un canal ayant une sect
241. ghness Flow Pro wl compute the depth fowate dope or roughness l the channel type of your chose Itil alto compute the velociy aies welled paimelai and hydraute radus Depth Floweate Slope Roughness Select the channel type FO Trapezoiadl Cieular C Ushaped C Elongated cnculai Floweete ms 7 Depth m fa width m FF Velciy ms pse Manring s N jans MA m2 2223 Bottom slope joome Wetted perimeter m B1393 Side sope Ms Hydac me O0 En r sum le trac de canaux doit suivre les tapes sont les suivantes e Evaluer le coefficient n partir du tableau 5 2 213 NQ Calculer le facteur de forme 4R JS avec les param tres connus au second terme e Si une section optimale est demand e appliquer les valeurs du tableau 5 3 Ou bien utiliser les valeurs dans le tableau 2 5 e V rifier si la vitesse est assez lev e pour viter un d p t de s diments ou une flore aquatique V rifier le nombre de Froude NF pour d terminer si c est un coulement sous critique ou supercritique D finir la revanche demand e Exemple 5 4 Concevoir un canal trap zo dal pour un d bit de 11 m3 s Le canal sera rev tu de b ton bien fini et la pente sera de 0 001 129 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Etape 1 Manning n 0 012 Etape 2 Calculer le facteur de forme nQ _ 0 012x11 VS J0 001 Etape 3 Pas d intention de trouver une section optimale
242. graphie 4 7 Vue de la galerie en travaux Le b tonnage a galement pr sent des difficult s La zone 2 sur la figure 4 6 a t remplie par injection de coulis Cette derni re englobant la structure de la galerie a galement permis de renforcer le terrain adjacent Celui c1 tant tr s perm able un syst me de drainage a t install de mani re viter les pressions lat rales et les contre pouss es 87 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 La construction de galeries travers des massifs rocheux doit prendre en compte deux caract ristiques g ologiques importantes e a variation lithologique le long du trac laquelle influence de mani re d cisive la m thode de construction utiliser e La stabilit structurelle du massif le long du trac M me si le massif est coh rent de mani re lithologique la distribution des discontinuit s potentielles des plans de stratification Joints et fissures sera loin d tre homog ne La connaissance de toutes ces discontinuit s doit tre bas e sur une tude g ologique structurelle d taill e En plus des relativement petites discontinuit s voqu es c1 dessus le concepteur de l am nagement devra galement prendre en compte les grandes discontinuit s tectoniques grands plissements de couche failles failles invers es qui n affectent pas seulement le travail lui m me mais galement l exploitatio
243. heureusement elle est en g n ral utilis e pour les basses chutes ce qui est difficilement justifiable puisque la pression disposition est faible de m me que la vitesse d coulement l amont Le potentiel d acc l ration est donc faible Les forces gravitaires deviennent donc importantes par rapport aux forces d inertie ce qui est d j visible lorsque l nergie massique est inf rieure env 500 J kg soit pour H 50 m Les trajectoires ne suivent plus alors les lois de l hydrodynamique et 1l s ensuit une d gradation du rendement mais aussi du comportement m canique de la machine impliquant une dur e de vie relativement faible relativement aux autres types de turbines Cette solution peut n anmoins tre int ressante dans le cas o l on dispose de suffisamment d eau de besoins en nergie d finis de peu de moyens de maintenance et d une faible capacit d investissement comme c est par exemple le cas dans les programmes d lectrification rurale Turbines reaction Turbines Francis Les turbines Francis sont des turbines r action poss dant une roue aubes fixes et un distributeur aubes mobiles Elles sont utilis es pour des d nivellations moyennes L admission de l eau est toujours radiale et la sortie axiale Leur champ d application habituel est de 25 environ 350 m de d nivellation Comme pour les Pelton les turbines Francis peuvent avoir un axe horizontal ou vertical cette configuration ta
244. hotographie 3 1 Station hydrologique dans une rivi re 62 Photographie 3 2 Moulinets hydrom triques l ments rotatifs 65 Photographie 4 3 Vue g n rale de la pente lat rale droite 92 Photographie 4 4 Instabilit s locales g n r es durant le travail d excavation 93 Photographie 4 5 Un des escarpements glissants existants avant le d but des travaux 93 Photographie 4 6 Vue des colluvions de Cordi anes sous lesquels passe la galerie 94 PhOtosraphie 7 V e de la galerie en Ava 2 ae EE 0 ad ln 95 Photographie 4 8 Vue du b tonnage de la galerie 97 Photographie 4 9 Vue du b tonnage de la galerie 97 Photographie 4 10 Les effets des infiltrations sous le canal 100 Photosraphie FIL Bassin d La MAO enr on ea ee eu 102 Photographie 4 12 Seuil affouill par des infiltrations 103 Photographie 4 13 Seuil affouill par des infiltrations 103 Photographie 4 14 Canal d truit par une pression d l vation 104 Photographie 5 15 Exemples de barrage poids BCR a et de barrage contreforts b 108 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Photosraphie 5 160 Exemple de barrage VOULS 22e N etre a aa 109 Photographies 5 17 Rupture d un petit barrage
245. i P gt 1 MW Secr taire d Etat 254 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 92 2 Proc dures environnementales Depuis les ann es 1970 l int gration environnementale est devenue un l ment important des projets de PCH et par cons quent la protection de l environnement est incluse dans la plupart des lois en vigueur des pays membres Au niveau europ en deux l gislations ont aujourd hui un impact sur les projets de PCH e Natura 2000 e Directive 2000 60 CE Directive cadre sur l eau 9 2 2 1 valuation de l impact environnemental Dans la plupart des pays membres une tude d impact doit tre r alis e afin d obtenir le droit d eau Cette analyse scientifique et technique r alise un inventaire de la situation actuelle et value les cons quences r sultant de la mise en uvre d un projet Les domaines pris en compte sont la flore la faune les paysages le sol l eau l air le climat l environnement naturel et les quilibres biologiques la protection des biens et du patrimoine culturel le confort du voisinage bruit vibrations odeurs luminosit l hygi ne la s curit la salubrit publique et la sant C est une synth se de diff rentes expertises environnementales r alis es sur le site expertises hydro biologiques choix du d bit r serv analyse du paysage etc Une tude d impact a trois principaux objectifs e
246. iDane Sorre E O A E A 215 Photographie L SEULE CordinaneS te rite dodo lee 216 Ph tographie 7 42 Barrage de Vilh lmina en SUR in a An A Ne ae 216 Photosraipue 743 Prie d die detente nie tienne in an atelier 217 Photographie 7 44 Phase de construction excavation 217 Photographie 7 45 Phase de construction canal en b ton 218 Photographie 7 46 Phase de construction canal termin 218 Photographie 7 47 Entr e du tunnel durant la construction 219 Photographie 7 48 Entr e du tunnel recouvert 219 Photosraphie TASS Cenia Es den dr A T DS 220 Photographie 7 50 Sous station situ e dans la centrale 220 Photosrapue 7 51 Centrale d NeCRAR sS SR da E ei 221 Photographie 7 52 Passe poissons de construction rustique 231 Photographie 7 53 Passe poissons munie de fentes verticales 232 Photographie 734 Passe poissons D ni ass nette ete las 233 Photographie 7 55 Centrale et passe poissons sur la gauche 236 Photosraphie 756 Gnlle d Conde AR tn T een ln 238 Photographie 7 57 Impact visuel d une SOUS StAtLON nn SR nets one 241 Photographie 5 58 Batardeau command par un boudin de caoutchouc gonflable 300 Photographie 5 59 Vannes fusibles ENV AFODIUS er add insdtdel 301 10 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 1 INTRODUCTION 1 1 Une source d
247. ibilit est d utiliser des paliers hydrodynamiques lubrifi s qui pr sentent les avantages suivants e La dur e de vie de paliers rouleaux est limit e par la fatigue environ 100 000 heures tandis que les paliers hydrodynamiques ont une dur e de vie pratiquement illimit e e Les paliers hydrodynamiques peuvent induire une certaine contamination d huile contrairement aux paliers rouleaux Pour les petites unit s on pr f rera les paliers rouleau lubrifi s vie ne n cessitant pas de syst me auxiliaire de lubrification 185 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 6 3 3 Maintenance des multiphicateurs Au moins 70 des dysfonctionnements de multiplicateurs sont dus la mauvaise qualit ou au manque de lubrifiant De mani re fr quente les filtres huile s obstruent ou l eau entre dans le circuit de lubrification Une maintenance pr ventive est indispensable Il est de plus conseill de faire une analyse p riodique du lubrifiant pour v rifier s il est conforme aux sp cifications Les multiplicateurs augmentent sensiblement le bruit dans la centrale et exigent une maintenance soigneuse puisque leurs pertes m caniques peuvent d passer 2 de l nergie l accouplement avec la turbine Les probl mes de maintenance et de perte de rendement conduisent de plus en plus les constructeurs pr f rer l alternative d un g n rateur basse vitesse
248. ide pour le montage de projets de petite hydro lectricit ADEME G okos mai 2003 ESHA Pr sentation par George Bablis Hidroenergia 97 Voir galement TNSHP groupe environnemental d bit r serv br ve r vision critique des m thodes de calcul l adresse Internet www esha be Une partie des exemples suivants ont t fournis par les pays travaillant dans le cadre du contrat europ en SPLASH Spatial plans and local Arrangement for Small Hydro Irlande Gr ce et Portugal Merci tous Une partie des informations pr sent es dans ce chapitre est tir e du manuel fran ais Guide pour le montage de projets de petite hydro lectricit ADEME G okos mai 2003 7 Document de travail du personnel de la Commission Second benchmarking report on the implementation of the internal electricity and gas market SEC 2003 448 GLOSSAIRE Am nagement au fil de l eau Centrales qui utilisent le d bit d eau qui les alimente tel qu il se pr sente pas de retenue d eau Aspirateur ou diffuseur Conduite d vacuation la sortie de la turbine qui permet la r cup ration de l nergie cin tique r siduelle que poss de l eau en sortie des turbines r action Bassin versant Surface drain e par le cours d eau et ses affluents en amont un point particulier du cours d eau Batardeaux Panneaux g n ralement en bois ou en aluminium ins r s dans des glissi
249. ienne Vue lat rale Grille Vue longitudinale nn LES OSR TRES ANA DE S Al E i a LE H D ni 5 HT O c EJ RE MER s5 y SE r i z ta z A 5 EL H HH H L DITTIIIIII SP lt Flush gate Les chambres de mise en charge sont le plus souvent utilis es sur les lacs et r servoirs L eau est transf r e sous pression et les probl mes associ s ce genre de prises sont diff rents de ceux rencontr s avec les prises d adduction Si par exemple les s diments risquent peu d entrer dans la prise bien qu ils puissent poser un probl me de d p t dans le lac lui m me les chambres de mise en charge pr sentent le risque de la formation d un vortex l entr e d bouchant sur la formation de poches d air l int rieur de la conduite forc e Ce ph nom ne est d crit plus loin 5 3 4 Pertes de charge Les pertes de charge sont d une importance capitale pour la faisabilit du projet et doivent donc tre minimis es autant que possible Les domaines o l on peut agir sont les suivants e Canalisation du d bit en amont de la grille visant minimiser la s paration des d bits et les pertes de charge e Piles profil es comme support des quipements hydrom caniques tels que grilles vannes etc e Organes de r partition uniforme des d bits e Dispositif de suppression des vortex e Conception de la grille Le profil de vitesse influence de mani re d cisive l efficacit
250. ies la Convention cadre des Nations Unies sur le Changement Climatique s est tenue Kyoto en d cembre 1997 Elle a fait suite la fameuse Conf rence de Rio sur l Environnement et le D veloppement de juin 1992 Bien avant l Union Europ enne avait d j reconnu l urgence de la question sur les changements climatiques Le Livre Blanc pour une strat gie de l Union Europ enne et le Plan d action qui en r sulte intitul Energies du futur des sources renouvelables pour l nergie ont t labor s et constituent une avanc e significative dans le domaine de l nergie La Directive europ enne 77 EC du 27 septembre 2001 a pour but de promouvoir l lectricit de source renouvelable sur le march lectrique et fixe des objectifs communautaires clairs comme l objectif l horizon 2010 d une part de consommation domestique d nergie brute provenant de sources renouvelables s levant au minimum 12 Pour atteindre ce but ambitieux 1l a t demand chaque pays membre d tablir des objectifs indicatifs nationaux pour la consommation d lectricit produite partir de sources d nergies renouvelables EnR Une tude strat gique pour le d veloppement de petites centrales hydro lectriques dans l Union Europ enne appel e Blue Age for a Green Europe a t r alis e en 2002 et donne une valuation int ressante du potentiel de Petites Centrales Hydro lectriques PCH t
251. igration lorsque le poisson se pr sente l aval de l ouvrage et donc la population s y accumule Si n cessaire de l eau doit tre pomp e l int rieur de la passe poissons partir des zones d eau aval mais une quantit suffisante d eau peut habituellement tre pr lev e au niveau de la prise d eau ou de la chambre de mise en charge en amont pour tre dirig e directement vers l entr e de la passe poissons l aval Concernant le saumon un d bit d attrait doit tre maintenu entre 1 et 2 m s Si l eau est trop froide moins de 8 ou trop chaude plus de 22 la vitesse doit tre diminu e lorsque le poisson devient lent et ne saute plus De l eau peut tre inject e juste l entr e de la passe poissons en vitant la n cessit de traverser toute la longueur figure 7 11 Figure 7 129 Dispositif d attrait aitriv e du d bit d attrait ns entr e d poissons some de l eau 221 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 L entr e du passage des poissons doit tre situ e pr s du seuil puisque le saumon tente de chercher l entr e en faisant le tour de l obstacle Dans des am nagements de basse chute l entr e doit tre pr s de la restitution de la centrale comme repr sent sur la figure 7 10 et sur la photographie 7 16 Photographie 7 55 Centrale et passe poissons sur la gauche La sortie en amont de la
252. il graviers Marche Coupe a a prise d eau Mur immerg Na EP RE HUILE im M Seuil graviers NAS AE vanne de vidange Coupe b b seuil Coupe b b canal gravier Canal gravier La prise frontale est toujours quip e d un tunnel de d p t de gravier Elle est bien adapt e des tron ons de rivi re rectilignes Le tunnel de d p t doit tre nettoy en continu et la largeur maximale de la rivi re ne doit pas exc der 50 m L avantage majeur de ce type de prise est sa capacit v hiculer de grandes quantit s de mati re charri e dans le lit ou en suspension Le nettoyage continu entra ne toutefois des pertes d eau importantes La prise frontale est largement utilis e dans les r gions o les cours d eau sont caract ris s par un lit large et d importants transports de s diments comme par exemple en Inde et au Pakistan En Europe son application est assez restreinte La prise par en dessous est g n ralement utilis e dans des rivi res forte pente comme les torrents et pour des tron ons rectilignes Il s agit est essentiellement d un canal construit en travers du lit du cours d eau couvert d une grille dont la pente est plus grande que celle naturelle de la rivi re Les 110 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 barreaux de la grille sont orient s dans la direction de l coulement figure 5 17
253. imilaire la machine test e fonctionnant sous d autres conditions S il existe une r ponse affirmative cette question les lois de similitude vont fournir un crit re scientifique permettant de choisir et concevoir celle qui est la mieux adapt e aux conditions du site quiper La r ponse est effectivement affirmative pour autant que la turbine industrielle prototype et le mod le soient g om triquement semblables Ceci implique que le mod le soit une r duction g om trique du prototype On applique ainsi un facteur d chelle aux dimensions de la machine gal k pour les longueurs k pour les surfaces et k pour les volumes Il est particuli rement important de noter que les tests sur mod le et les d veloppements de laboratoire sont les seuls moyens de garantir le rendement des turbines industrielles et leur comportement hydrodynamique Toutes les r gles de similitude sont strictement d finies dans les normes internationales CEI 60193 et 60041 Aucune garantie ne peut tre accept e si elle n est pas conforme ces r gles et normes Selon ces normes la vitesse sp cifique d une turbine est d finie par _ MO or A 6 5 E O Q d bit m s E nergie hydraulique massique disposition de la machine J kg n vitesse de rotation de la turbine t s ngor est appel vitesse sp cifique Ces param tres caract risent toutes les turbines Comme des d finitions anciennes et no
254. incipale laquelle son tour fournit le courant d excitation au g n rateur Excitatrice sans balai Dans une telle excitatrice le bobinage d excitation est constitu par le stator qui g n re un courant alternatif dans les enroulements rotoriques Un redresseur tournant avec l arbre convertit le courant alternatif en courant continu lequel alimente les bobinages d excitation du g n rateur principal sans n cessiter de balais La r gulation de tension est obtenue en contr lant le courant dans le bobinage d excitation de l excitatrice 188 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Excitatrices statiques Une excitatrice statique est un redresseur AC DC connect au r seau et fournissant un courant continu aux bobinages d excitation du g n rateur Le contr le du facteur de puissance et de la tension fonctionne de la m me mani re qu avec une excitatrice rotative Les excitateurs statiques sont robustes de maintenance ais e et ont un rendement lev La r ponse aux oscillations de tension du g n rateur est tr s bonne 6 4 3 R gulation de tension et synchronisation G n rateurs asynchrones Un g n rateur asynchrone a besoin d absorber une certaine quantit de puissance r active du r seau triphas pour assurer sa magn tisation Le r seau d finit en outre la fr quence de champ tournant dans le stator et fixe la vitesse synchrone laquelle le rotor doit tre e
255. ion finale L autorisation d installation pour des petits projets hydro lectriques a une p riode de validit de deux ans Par cons quent le demandeur doit r aliser les travaux durant cette p riode Une prolongation d une ann e suppl mentaire peut tre accord e condition qu au moins 70 des travaux aient t r alis s Dossier de demande Le dossier de demande doit tre fourni avec e Certificat d utilisation exclusive du site e Description technique e Etude d impact environnemental e Cartes et photographies e D clarations solennelles e Description technique de soutien pour l interconnexion au r seau e Autres documents de soutien Autorit s consultatives et organismes consultatifs pour l appr ciation de l impact environnemental Au cours du processus d instruction de l autorisation d installation l autorit r gionale accorde galement une Approbation des Termes et Conditions environnementaux qui est un pr requis n cessaire pour l autorisation d installation Avant de donner son accord bas sur l tude de l impact environnemental soumise par le demandeur l autorit r gionale est conseill e par un certain nombre d autres autorit s et organismes bureau central de la for t service d urbanisme conservateurs des antiquit s pr historiques et classiques conservateurs des antiquit s byzantines et conservateurs des monuments modernes autorit de l aviation civi
256. ion transversale A et une pente donn e 1 le d bit augmente lorsque le rayon hydraulique augmente Cela signifie que le rayon hydraulique est un indice d efficacit Comme le rayon hydraulique est le quotient de la 42 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 surface A par le p rim tre mouill P la section la plus efficace sera celle ayant le p rim tre mouill minimum De toutes les sections transversales le demi cercle est celle qui a le plus petit p rim tre pour une section donn e Mais un canal de section semi circulaire est co teux construire et difficile entretenir et est uniquement utilis pour des petites sections de canaux construits avec des l ments pr fabriqu s Si on met de c t la section semi circulaire la section trap zo dale la plus efficace est un demi hexagone La section de canal utilis e g n ralement dans de petits am nagements hydro lectriques est la section rectangulaire facile construire imperm abiliser et entretenir Dans le chapitre 5 la s lection de la section de canal est tudi e sur le plan de la construction des rendements des volumes de terrassements des m thodes de construction etc 2 3 4 Principes d nergie dans des coulements en canal Les coulements uniformes dans les canaux ciel ouvert sont le plus souvent permanents et les coulements uniformes transitoires sont plut t rares S les lignes d
257. ions administratives exigent un abandon de propri t de tous les quipements revenant ainsi l Etat L analyse conomique compare les diff rentes options possibles pour permettre le choix le plus pertinent ou l abandon du projet en l tat D un point de vue conomique une centrale hydro lectrique diff re d une centrale thermique conventionnelle par un co t d investissement initial par kW plus lev alors que les co ts de fonctionnement sont eux extr mement bas puisqu il n y a pas de consommation de combustibles L analyse conomique peut tre r alis e en incluant ou non les effets de l inflation Travailler avec une valeur mon taire constante a l avantage de rendre l analyse ind pendante du taux d inflation Les valuations conomiques ainsi faites utilisant les principes de l actualisation sont plus pertinentes du point de vue conomique parce qu elles se r f rent un m me horizon dans le temps ce qui signifie qu elles sont pr sent es dans une monnaie ayant un pouvoir d achat constant S il s av re que certains postes de d penses voluent un taux d inflation diff rent ils doivent tre trait s avec des taux d actualisation diff renci s Par exemple si on consid re que les tarifs de vente d lectricit du projet vont cro tre de deux points au dessous de l inflation tandis que les facteurs de co t suivent une volution suivant le taux d inflation retenu 1l faud
258. iques dues au multiplicateur de vitesse et de r duire la maintenance en vitant un organe de transmission Les constructeurs de turbine proposent en g n ral soit un accouplement rigide soit un accouplement lastique permettant de corriger de tr s l gers d salignements La tendance actuelle en petite hydraulique est cependant de limiter le nombre de paliers et les configurations avec une roue mont e en porte faux sur l arbre de l alternateur sont de plus en plus courantes pour les Pelton et Francis La multiplication de vitesse est presque exclusivement rencontr e dans le domaine des am nagements basse chute dans lesquels les turbine ont souvent une vitesse de rotation inf rieure 428 57 t min Il est dans ce cas n cessaire d avoir recours un multiplicateur de mani re pouvoir utiliser des alternateurs standard tournant entre 750 et 1 500 t min Cette solution s av re g n ralement la plus conomique dans le cas de petite puissance les alternateurs basse vitesse r alis s sur mesure tant d une part difficiles trouver et d autre part on reux 6 3 1 Type de multiplicateurs Les principaux types de multiplicateurs sont class s de la mani re suivante e Multiplicateur arbres parall les utilisant des engrenages h lico daux ils sont particuli rement int ressants pour des applications de puissance moyenne La figure 6 32 montre une configuration verticale coupl e une turbine Kaplan verticale 183
259. ire cr dit ans cr dit 6 608 928 264357 8 35 ans 4 515 599 12 10 208208 1 061 8 72 An Investisse Pr t bancaire Investisse Remboursement R sidu Int r ts sur Recettes Cash flow de Cash flow ment ment de principal principal cr dit l investisseur cumul l investisseur 82 087 82 087 82 087 75 988 75 988 158 075 3 074 165 2151916 922 249 2151916 922 249 1 080 324 3 376 688 2 363 683 2 363 683 4515599 215 192 264 357 1 013 005 2 093 329 0 4515599 451560 1005320 264357 289 403 1 803 926 135 023 4380 576 451 560 995 267 264357 144 327 1 659 599 296 835 4083 741 438 058 985 314 264357 13 936 1 673 535 326 519 3757222 408 374 975 461 264 357 23 789 1 697 324 359 171 3 398 051 375 722 965 706 264357 33 544 1 730 868 395 088 3 002 963 339 805 956 049 264357 43 201 1 774 069 434 596 2 568 367 300 296 946 489 264357 52 761 1 826 829 478 056 2090311 256 837 937 024 264357 62 226 1 889 055 525 862 1564449 209 031 927 654 264357 71 597 1 960 652 578 448 986 001 156 445 918377 264357 80 873 2 041 525 636 293 349 708 98 600 909 193 264 357 90 057 2 131 582 349 708 0 34 971 900 101 264 357 251 066 1 880 516 891 100 264357 626 743 1 253 773 882 189 264357 617 832 635 940 873 368 264357 609 010 26 930 864 634 264357 600 277 573 347 855988 264357 591 630 1 164 977 847 428 264357 583 071
260. is le diam tre en m tres augment de 1 2 mm D autres organisations recommandent une paisseur minimum tmin D 508 400 o toutes les dimensions sont en mm Dans des grands am nagements 1l peut tre commode d utiliser une conduite forc e ayant un diam tre uniforme dans ce cas c est l paisseur qui s adapte en fonction des pressions hydrostatiques Une certaine portion de conduite forc e peut se trouver sous la ligne pi zom trique et imploser sous des pressions inf rieures la pression atmosph rique La d pression d implosion sera donn e par en kN mm 3 Pc 882500 3 5 20 D o e et D sont respectivement l paisseur de paroi et le diam tre de la conduite en mm 141 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Cette d pression peut tre vit e en installant une conduite d a ration ayant un diam tre en cm donn par d 747 5 21 yP avec d diam tre de la conduite d a ration en cm Q d bit en m s P d pression d implosion en kN mm pour P lt 0 49 kN mm ou si cette valeur est d pass e d 8 94 0 Des changements brusques de d bit peuvent survenir lorsque l op rateur de la centrale ou le syst me de commande man uvre rapidement les organes r glants de la turbine De mani re occasionnelle le d bit peut tre coup de mani re brutale lors d un d clenchement en pleine charge ou simplement parce qu
261. issent ni s obstruer ni permettre l air de s accumuler l int rieur Dans le second l orifice du capteur est situ en dessous du niveau correspondant au niveau minimal de mani re ce que l eau ne puisse pas p n trer et s accumuler dans les tubes de mesure Dans la solution repr sent e sur la figure 6 36 a du mat riel flottant peut endommager le dispositif La meilleure solution est d encastrer tout le dispositif l int rieur la paroi comme repr sent sur les figures 6 36 b et c Des techniques ultrason travaillant sur le principe de la r flexion d un signal sur la surface de l eau existent galement Comme pour les autres syst mes 1l convient d avoir un niveau d eau aussi stable que possible pour que la mesure soit correcte 195 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 6 118 Mesure de niveau a b c Sonde submersible Sonde submersible 6 8 4 Sous station Les petites centrales cl s en main comprennent habituellement la sous station Un disjoncteur de ligne doit s parer l installation comportant le transformateur l vateur de tension du r seau en cas d incident dans la centrale Les transformateurs de puissance et de courant pour le comptage de l nergie kWh et de la puissance kW sont habituellement inclus dans la sous station au niveau de la connexion e
262. it partir des SER par rapport la consommation d lectricit brute en 2010 dans chaque EM Cependant elle ne donne aucune indication pour la contribution de chaque SER par rapport l objectif total laissant cette d cision chaque EM Bien que cela soit en total accord avec la d finition d une directive et du principe de subsidiarit celle ci pourrait cr er une comp tition malsaine entre les diff rentes SER Le tableau A 1 montre les cibles indicatives nationales pour chaque EM fix es dans la Directive Tableau A 1 Valeur de r f rence pour les cibles indicatives nationales des Etats membres pour la contribution d lectricit partir de sources d nergie renouvelables par rapport la consommation d lectricit brute en 2010 SER E 1997 SER E 2010 curopeenne En octobre 2003 les Etats Membres ont commenc un rapport pour la Commission europ enne sur leur strat gie nationale au sujet de la mani re d atteindre l objectif fix selon les diff rents SER Une fois que la l gislation nationale tablit des objectifs concrets pour le court et moyen terme par type de technologie une valuation de l efficacit de la directive E SER pour le secteur des petites centrales hydro lectriques PCH peut tre r alis e N anmoins le document de pr sentation technique pour la Strat gie de la Communaut et le Plan d Action COM 97 599 final 26 11 97 fixe un objectif ambitieux et concret pour
263. it et du nombre d injecteurs D est le diam tre de la tuy re de l injecteur En r gle g n rale le rapport D1 B2 doit toujours tre sup rieur 2 7 Si ce n est pas le cas un nouveau calcul avec une vitesse de rotation plus basse ou un nombre sup rieur d injecteurs doit tre entrepris Le d bit de l injecteur en fonction de la course du pointeau Cp dans une turbine un seul injecteur le d bit total peut tre valu selon la formule suivante Q K 7 D J2 gH m s 6 19 O K est donn sur la figure 6 23 fonction de louverture relative C D Figure 6 105 Caract ristiques des injecteurs 0 9 0 8 0 7 0 5 0 3 0 2 0 1 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 1 2 Ouverture relative Cp De Pour le calcul des autres dimensions le lecteur est invit se reporter l article de De Siervo et Lugaresi 171 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Turbines Francis Les turbines Francis couvrent une large gamme de vitesses sp cifiques allant de 0 05 0 33 correspondant respectivement aux hautes et basses chutes La figure 6 24 illustre une coupe sch matique d une roue Francis avec ses diam tres de r f rence D D et D Les articles de De Siervo et de Leva et Lugaresi et Massa bas s sur l analyse statistique de plus de deux cents turbines existantes permettent de d terminer les
264. iter le d marrage non souhait de la turbine en cas de variation importante des niveaux amont et aval Dans une telle situation la turbine atteindra des vitesses lev es emballement et l exploitant n aura pas moyen de l arr ter Une solution ce probl me est l utilisation de barrages vannes basculantes Les centrales souterraines permettent de r duire l impact visuel et sonore Les configurations requises sont alors en S renvoi d angle ou en puits L utilisation d un multiplicateur permet d avoir recours un g n rateur standard tournant habituellement 750 ou 1 000 t min plus compact et plus conomique qu un g n rateur basse vitesse Le multiplicateur m canique tant un organe fragile n cessitant de l entretien on essayera plut t d utiliser si possible une multiplication par courroie plane Enfin il faut noter que le multiplicateur induit une perte puisque son rendement est de l ordre de 96 98 La configuration en S est de nos jours assez r pandue Elle pr sente toutefois l inconv nient d un arbre de turbine traversant soit le conduit d entr e soit l aspirateur de la turbine perturbant ainsi l coulement et entra nant des pertes de charge cons quentes Elle est principalement utilis e pour des chutes moyennes et ou des am nagements hydro lectriques avec conduite forc e 166 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 La configuration en puits
265. ites cons cutives Le barrage en coupole est con u pour avoir uniquement des forces de compression dans toutes les directions et toutes les sections Cela am ne le rayon de courbure varier sur la hauteur du barrage r sultant en une section transversale courb e 100 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Les barrages vo tes et en coupole sont de par leur structure efficaces et r duisent le volume requis de b ton de mani re importante Ils n cessitent toutefois une vall e troite et des parois rocheuses lat rales solides et capables de reprendre les efforts La photographie 5 2 repr sente un exemple de barrage vo te la figure 5 2 illustrant la g om trie type d un tel barrage courbure unique relativement celle d un barrage en coupole avec double courbure Photographie 5 16 Exemple de barrage vo te S liqn qi t Section ee 5 2 3 Autres types de barrages Un autre type de barrage en b ton est le barrage d versoir dont la structure comprend l vacuateur de crues Il peut inclure ou non des vannes Un barrage vannes avec de grandes ouvertures de d versement compar es sa hauteur est souvent con u comme un barrage contreforts tandis que les barrages d versoirs de hauteur importante avec de petites ouvertures sont g n ralement con us comme des barrages poids Les barrages d versant sans vannes sont en g n ral r alis s pour de faibles hauteurs
266. itesse de rotation doit tre synchrone selon le tableau 6 5 Dans ce cas nous serions oblig de choisir une vitesse de rotation de 333 t min 5 55 t s 34 87 rad s Selon l quation 6 5 la valeur de noe correspondante serait Nor 149 ASUS 0 023 LI E 9 81 200 Les dimensions principales de la Pelton selon 6 16 6 17 et 6 18 seraient D 0 68 VH _ 568 1 733 m n 1l 15 l 1 68 1 68 0 547 B Na VH 1 200 m ziee e a aN D Na VgH 1 9 81200 n Ces dimensions relativement importantes ne sont pas tr s r alistes d un point de vue conomique Si nous consid rons maintenant une Pelton 4 injecteurs la vitesse sp cifique maximum selon le tableau 6 2 serait Nor lt 0 025 n 0 025 4 0 050 En utilisant le m me calcul que pour l option un injecteur la vitesse de rotation serait 600 t min et la valeur de ng correspondante serait 0 042 Les dimensions principales de la Pelton seraient alors D 0 962 m B2 0 274 m et D 0 108 m lesquelles sont raisonnables Si nous s lectionnons une turbine Francis la valeur maximum de ngr serait 0 33 tableau 6 2 En utilisant l quation 6 5 la vitesse correspondante serait n 76 43 t s ou 4 765 8 t min qui est loin d une vitesse de rotation synchrone r aliste Pour cette raison nous choisissons la valeur habituelle maximale qui est 1 500 t min Selon 6 5 la valeur correspondante de ngoe serait aQ 25 5 NL 2 0 104
267. jecteurs avec un g n rateur tournant 600 t min Si nous souhaitons installer une turbine directement coupl e un g n rateur tournant 1 000 t min et utilisant 0 42 m s sous une chute nette de 400 m la vitesse sp cifique correspondante sera Nor 0 022 Laquelle aiguille le choix vers une turbine Pelton 1 injecteur Selon l quation 6 15 son diam tre caract ristique sera gal Di 0 815 m En cas de d bit fortement variable une Pelton deux injecteurs ou plus serait galement possible Ceci permettrait de conserver un bon rendement charge partielle Comme indiqu pr c demment les turbines Pelton sont g n ralement d finies par le rapport D B2 plut t que par la vitesse sp cifique En r gle g n rale ce rapport doit tre plus lev que 2 7 Une telle valeur ne peut cependant pas tre obtenue sans de longs et co teux d veloppements en laboratoire raison pour laquelle il est conseill en petite hydraulique de rester au dessus de 3 0 Cavitation Contrairement l vaporation qui voit la vapeur se former par augmentation de la temp rature d un liquide pression constante la cavitation est un ph nom ne de vaporisation temp rature constante et pression variable Lorsqu un coulement s acc l re en rencontrant un aubage de la turbine l ar te d entr e d une pale motrice par exemple la pression peut localement descendre en dessous de la tension de vapeur correspondant la
268. l cran de Coanda SCIE 1 20 m Ua s diments POISSONS ke el exces Peau A LL YETTS ba himine LL L eau s coule par gravit vers le syst me de collecte de la turbine travers les fentes de la grille qui ont g n ralement une largeur de 1 mm 90 des particules solides suspendues dont la vitesse a t augment e sur le plateau d acc l ration passent par dessus le plan produisant ainsi une excellente protection pour la turbine La vie aquatique est galement prot g e puisque les poissons ne sont pas entra n s vers la turbine travers les fentes En fait la surface douce de l acier inoxydable fournit un passage excellent pour une d rivation de poissons Ce type de prise d eau peut capter jusqu 250 s par m tre de grille Un inconv nient de ce type de grilles est qu il 229 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 requiert une hauteur d eau d environ 1 1 20 m pour permettre le passage de l eau vers le bas en direction du syst me de collecte Cela peut s av rer tr s p nalisant et co teux dans des syst mes de basse chute La photographie 7 17 repr sente un dispositif de Coanda Photographie 7 56 Grille de Coanda T 7 4 3 2 8 Syst mes de guidage de comportement Les syst mes de guidage du comportement constituent une vari t de technologies alternatives pour d river ou attirer les poissons migrants en
269. l rer la colonne d eau depuis une vitesse nulle jusqu une vitesse quelconque V avec une nergie hydraulique massique constante gH est donn e par LV o gH nergie hydraulique massique de l installation J kg L longueur de la colonne d eau m V vitesse de l eau m s Pour obtenir une bonne r gulation 1l est n cessaire que le rapport t t soit sup rieur 4 En r gle g n rale le temps de mise en vitesse ne devrait pas exc der 2 5 s S il est sup rieur cette limite 1l faudra envisager soit une r duction de la vitesse de l eau en choisissant une conduite de plus grand diam tre soit une r duction de sa longueur en installant une chemin e d quihibre On peut galement augmenter l inertie des parties tournantes ce qui aura galement pour effet de diminuer l amplitude des coups de b lier et r duire la vitesse d emballement 6 6 Protection et connexion au r seau Dans de nombreux pays les r gulations en mati re d alimentation lectrique sont accompagn es d une obligation l gale relative aux quipements n cessaires au maintien de la s curit et de la qualit de l alimentation dans le cadre de limites d finies Le producteur ind pendant doit faire fonctionner sa centrale conform ment ces obligations et doit par cons quent installer dans sa centrale divers dispositifs permettant d y r pondre 192 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets
270. l amont Une conception de passe poissons efficace pour un site sp cifique exige une bonne communication entre les ing nieurs et les biologistes et une connaissance approfondie des caract ristiques du site La plupart des erreurs de dimensionnement semblent provenir du manque d attention li e au fonctionnement et la maintenance future des quipements Les ouvrages de franchissement pour la migration vers l amont peuvent tre d velopp s de plusieurs mani res passes poissons ascenseur poissons cluse pompes ou op rations de transport Les pompes constituent une m thode tr s controvers e Le transport est utilis avec des barrages lev s Ces approches hautement techniques sont plut t inhabituelles dans des petits am nagements hydro lectriques La r alisation de passes poissons ou d ouvrages de d rivation repr sente l approche principale pour les petites centrales hydro lectriques Les crit res sp cifiques aux esp ces et au site et les aspects conomiques d terminent la solution la plus appropri e Des ouvrages de franchissement pour les poissons ruisseau de type naturel bassins et seuils successifs passes aiguilles verticales ou hybrides etc peuvent tre con us pour s adapter aux diff rentes esp ces poissons de fond de surface ou d orifice Cependant tous les types de poissons utiliseront ces passes Dans certains cas les poissons n empruntant pas les passes pourront tre tra
271. la Belgique acceptent 10 MW de puissance comme limite sup rieure En Su de la limite est fix e 1 5 MW alors qu en Italie le seuil est de 3 MW En France la limite a r cemment t tablie 12 MW non en tant que limite explicite des PCH Petites Centrales Hydro lectriques mais en tant que puissance install e maximum pour laquelle le r seau a l obligation d acheter l lectricit produite partir de sources d nergie renouvelable Au Royaume Uni 1l n existe pas de limite bien que 10 MW soit g n ralement accept comme seuil pour les petites centrales hydro lectriques Dans le cadre de ce document tout am nagement ayant une puissance install e gale ou inf rieure 10 MW sera consid r comme une petite centrale hydro lectrique ce seuil tant adopt par cinq Etats membres l ESHA la Commission Europ enne et l UNIPEDE Union Internationale des Producteurs et Distributeurs d Electricit 1 3 Configurations des sites L objectif d une centrale hydro lectrique est de convertir l nergie potentielle et cin tique d une masse d eau s coulant entre deux points d altitudes diff rentes pr sentant ainsi une d nivellation ou hauteur de chute en nergie lectrique La puissance de la centrale est proportionnelle au d bit pr lev dans le cours d eau et la d nivellation Selon la hauteur de chute les centrales peuvent tre class es en trois cat gories e Centrale haute chute 100 m et plus
272. la conduite m t paisseur de paroi mm p masse volumique kg m 142 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Le temps que met l onde de pression pour atteindre l organe de coupure lors de son retour apr s une fermeture brusque est connu sous le nom de temps critique T 2L c 5 23 Pour une fermeture instantan e londe de pression atteint l organe r glant apr s sa fermeture l augmentation de pression en m tres de colonne d eau due au coup de b lier est A P c 5 24 8 o est le changement de vitesse Les exemples 5 7 et 5 8 montrent que les surpressions dues au coup de b lier dans les conduites en acier sont trois fois plus grandes que dans les conduites PVC en raison de la plus grande rigidit de l acier Exemple 5 7 Calculer la vitesse de l onde de pression lors d une fermeture dans une conduite forc e en acier 210 N mm de 400 mm de diam tre et 4 mm d paisseur En appliquant les quations ci dessus on obtient 2 1x10 T 2 1x10 x 0 4 2 1x10 x4 1024m s b M me calcul pour une conduite PVC 2 75 N mm de 400 mm de diam tre et de 14 mm d paisseur de paroi 2 1x10 CE 305m s 2 1X10 x0 4 1 2 75x10 x14 Exemple 5 8 Quelle est l augmentation de pression dans le cas d une fermeture instantan e de vanne dans les deux conduites forc es de l exemple 5 7
273. la fissure et l inondation en aval 112 Photographies 1 lt Seuil H V TSAT ES RS E A A 115 Photographie 5 19 Batardeaux mobiles articul s 117 Photographie 3207 Prise d aApar en dessos sanii ana dc Mn N 119 Photographie 5 21 Dromes pr fabrigU ceS sesen RATE eee 122 Photographie 5 22 Deprill r 660 AYdAUNIQUE nn nn E OO T ns 124 Photographie 5 23 Vanne de r gulation et d versoir lat ral nantes ins 130 Photographie 5 24 V rin hydraulique de commande de vanne 131 Photographie 5 23 Grande Vanne pADINOP is etienne tte en in 132 Photographie 5 26 Vanne papillon ennemie Maine 132 Photographies 5 27 Vanne segment gauche et son emplacement entre deux piles en b ton 133 Photographie 5 28 Canal dans Tes Cordinaines sn sienne N 140 PHOtOSFipue 529 DEV ErSOIP ACIER ua 140 Photographie 530 PI VAHOM in ni a dnctentttene cie end tn M italie 141 Photographies t CaAmalAUt OPONM Sn Added indie 141 Photosraphie 5 32 Jer dead ss ee monte do ae 155 Photographie 6 33 Vue d ensemble d une petite centrale typique 161 Photos api 6 574 RouC d turbine Pelon SES ne cite 165 Photographie 6 35 Turbine Francis axe honzOntal ns Ne 168 Photographie 6 36 Cercle de vannage de turbine Francis axe horizontal 169 PhOtOSrAphie 6 37 ROUS Erane Sen a ATER 169 Photosraphie 6 587 ROUE Kapla sesamin dede eee met TON en 171 Photographie 6 39 Vue de turbines Kaplan en SIph h8 m0 nn fente 174 Photo Sraphie 407C Ord
274. la turbine L op ration inverse se produit lorsque la vitesse de rotation augmente L av nement de l lectronique et des capteurs de vitesse fiables a toutefois sign le glas des r gulateurs billes 190 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 6 117 R gulateur de vitesse m canique m canisme manuel y vers le servomoteur Les r gulateurs lectro hydrauliques modernes font quant eux appel un capteur de vitesse situ sur l arbre du g n rateur La mesure est compar e en continu une consigne Si elle diff re de la r f rence 1l met un signal d erreur positif ou n gatif qui est transmis au servomoteur de sorte qu il puisse agir selon le sens requis En g n ral l actionneur est aliment par un groupe hydraulique haute pression constitu d un r servoir d huile d une pompe d un accumulateur dans lequel l huile sous pression est stock e afin de pouvoir assurer une manoeuvre de mise en s curit de l installation en cas de perte de r seau lectrique de vannes de r gulation et d un cylindre hydraulique Tous ces syst mes de r gulation d crits pr c demment ajustent continuellement la position des organes de contr le du d bit ce qui peut poser un probl me de stabilit du syst me De mani re y rem dier et fournir un ajustement rapide et stable on ajoute dans le syst me un amortisseur qui permet de ne pas prendre en compte les
275. le incluant une surpression transitoire Diam tre de conduite forc e Le diam tre est choisi en optimisant le co t de la conduite forc e par rapport aux pertes de puissance qu elle g n re Pour m moire la puissance lectrique disponible est donn e par l quation voire galement le chapitre 6 2 1 P Pr 0 s1 n W o Q d biten m s gH nergie hydraulique massique disposition p masse volumique de l eau en kg m n rendement total La chute nette encore largement utilis e correspond gH g ou g est la constante de gravit Elle quivaut la chute brute d nivellation moins la somme de toutes les pertes incluant les pertes par turbulence et frottement pertes de charge dans la conduite forc e qui sont pratiquement proportionnelles au carr de la vitesse d coulement Pour transporter un certain d bit une conduite forc e de petit diam tre va n cessiter une vitesse d eau plus lev e qu une conduite forc e de grand 137 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 diam tre et par cons quent les pertes vont tre plus grandes S lectionner un diam tre aussi petit que possible va minimiser le co t de la conduite forc e mais augmenter les pertes d nergie et vice versa Le chapitre 2 d taille les calculs de perte par frottement soulignant particuli rement la repr sentation graphique des quations de Colebrook les diagrammes de
276. le personnel du minist re de la d fense organisation des t l communications grecques office national du tourisme grec 261 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Proc dure publique pour l appr ciation de l impact environnemental Avant d accorder l Approbation des Termes et Conditions environnementaux l autorit r gionale doit publier la demande de l investisseur SER potentiel A cet effet une copie du dossier de demande est envoy e la pr fecture comp tente et aux autorit s municipales Les autorit s des trois niveaux r gional pr fectoral et municipal notifient leur avis sur leur tableau d annonces et peuvent formuler une objection dans un d lai de 30 jours Dans le cas d objections le projet propos est discut lors d une r union de la pr fecture ou du conseil municipal Le conseil soumet ses suggestions et commentaires finaux l autorit r gionale qui d cide au final de l autorisation environnementale du projet 9 3 1 3 Autorisation de fonctionnement La licence est accord e par l autorit r gionale apr s la fin des travaux de construction et suite aux v rifications et certifications des services correspondants la conformit du projet avec tous les termes et conditions concernant son installation et son fonctionnement La demande d autorisation de fonctionnement est soumise accompagn e des documents compl mentaires 93
277. le poisson en chute libre vers un bassin 80 m au dessous entra ne un taux de mortalit virtuel r duit z ro Lorsque l cran de r pulsion est situ au niveau de la prise d eau mais en aval de l entr e de la passe pour la migration vers l aval une d rivation renvoyant le poisson vers la rivi re est n cessaire Selon les caract ristiques comportementales les poissons migrateurs ne peuvent pas retourner en amont pour trouver l entr e Celle ci doit tre par cons quent situ e au niveau de l extr mit de l cran en aval en consid rant que celui ci est inclin dans la direction de l coulement Les poissons sont g n ralement r fractaires entrer dans des entr es de petite taille Une entr e minimum de 45 cm est recommand e pour une d rivation particuli rement lorsqu il s agit de jeunes poissons salmonid s Il serait pr f rable que la largeur d entr e puisse tre ajustable en utilisant des inserts en m tal pour r duire la taille de l ouverture La conception de l entr e de la 231 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 d rivation devrait fournir une acc l ration douce de l coulement dans la conduite de d rivation avec des contractions soudaines des expansions ou des coudes Pour ramener le poisson partir de l entr e de la d rivation vers la rivi re des conduites enti rement ferm es ou des canaux ouverts peuvent tre utilis s
278. lit verticalement courb 51 Energie sp cifique en fonction de la profondeur de l coulement 54 Diagramme de Moody Coefficient des frottement pour un coulement dans une conduite 56 Repr sentation d une onde de pression dans une conduite 57 Sch ma type d une installation hydro lectrique 59 Mesure du niveau de la rivi re d finitions issues scene 61 COUDE de hawte r ASDIL ne hea bas ads enr ane esters css ds e dd benne he a eniron aii 63 Mesure de la section ARS VORSAIeS a ii ei cle 64 Courbe d volution de la conductivit en fonction du temps 67 Mesure des d bits par d versoirs et canaux jaugeurs col 68 Exemple d enregistrement de d DIIS ehnesssereneneneersensnstenensanssnnnensescntemneteenere nes 70 Exemple d une courbe de d bits class s 000000nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnneeesenreneresssssssssssssssssssssssssssssssnne 71 Exemple de courbes de d bits class s avec une chelle logarithmique 71 Exemple de courbes de d bits class s standardis es 72 Conduite forcee Exemple ER a 75 Definition d d bit r seryCsssssisroiaan niaaa iaei oa eo aaia 78 Exemple de rendement de turbine en fonction du d bit 79 Variation de la chute nette en trait till et de la puissance en pointill en fonction du d bit de E a e i EE N ENE A A SA A N E EAA 80 Petite Hydro lectricit
279. luation des impacts sur l environnement et des mesures de compensation e Evaluation conomique du projet et besoins de financement e Cadre institutionnel et proc dures administratives pour obtenir les autorisations L coulement de l eau dans des canaux naturels ou artificiels dans des conduites haute et basse pression sur des seuils et dans les turbines est r gi par les lois fondamentales de la m canique des fluides Dans le chapitre 2 ces principes sont rappel s de m me que quelques quations simplifi es ou empiriques manant de l exp rience acquise par des si cles de constructions hydrauliques Pour affirmer qu un am nagement est viable 1l est n cessaire de commencer par valuer la ressource en eau existant sur le site hydrologie Le potentiel de l am nagement est proportionnel au produit du d bit par la chute Except pour les am nagements basses chutes la d nivellation 18 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 galement appel e chute brute peut g n ralement tre consid r e constante tandis que le d bit varie durant l ann e Le choix de l quipement appropri et l valuation du potentiel nerg tique d un site reposent sur l tablissement d une courbe de d bits class s Une mesure unique d un d bit instantan dans un courant a peu de valeur et n est en aucun cas suffisante risque de sur ou sous dimensionnement suivant la p
280. lus grand volume V volume d eau du cours d eau 59 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Ac changement de conductivit ohm r sultant de la dilution de v dans V Ac courbe moyenne des ordonn es conductivit temps 3 3 2 M thode du d versoir Si le d bit du cours d eau quiper est relativement faible lt 4 m s il est alors possible de construire un d versoir temporaire Il s agit d installer un barrage au travers du cours d eau jauger avec une entaille travers laquelle toute l eau peut tre canalis e De nombreuses recherches ont permis d tablir des formules pr cises de corr lation entre le d bit passant travers de tels d versoirs et la hauteur d eau amont mesur e relativement au fond de l entaille Ce type de mesure n est toutefois pr cis que si la mesure de niveau s effectue une distance suffisante du d versoir en g n ral au moins quatre fois la hauteur d eau relativement la base de l entaille On veillera galement viter une accumulation de s diment et maintenir le bord du d versoir net Plusieurs types de d versoirs peuvent tre utilis s rectangulaires en V ou trap zo daux Le d versoir en V est le plus pr cis avec des d bits tr s faibles tandis que les d versoirs de type rectangulaire ou trap zo dal peuvent tre utilis es pour une fourchette de d bits beaucoup plus grande Les d versoirs actuels son
281. lus la perte de charge est lev e La chute nette variera donc avec le d bit raison pour laquelle il convient toujours d indiquer quel d bit elle correspond Remarquons par ailleurs qu un syst me bien dimensionn c est dire avec une faible perte de charge permet de limiter l impact relatif de cette variation Le niveau d eau aval peut galement varier avec le d bit Comme pour la prise d eau ces variations seront d autant plus faibles que l on dispose d un moyen de contr le du niveau aval par exemple en utilisant un exutoire sous forme de bassin Figure 3 36 Exemple de rendement de turbine en fonction du d bit 0 920 0918 20 30 40 50 60 70 80 90 100 d bit 71 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Dans des am nagements de haute et moyenne chute la d nivellation peut tre consid r e comme constante les variations de niveaux des plans d eau amont et aval tant faibles compar es la hauteur de chute Cette affirmation n est plus correcte dans le cas des am nagements de basse chute En effet une variation de d bit de la rivi re peut impliquer une importante modification des niveaux amont et aval ceci dans des proportions diff rentes La d nivellation se trouve par cons quent profond ment modifi e par rapport aux donn es nominales Si pour une ouverture donn e une turbine fonctionne sous une d nivellation H Zamont ZaAvat autr
282. lus raides des raccords particuliers sont exig s Un tuyau en PE flotte sur l eau et peut tre tir par un c ble en grandes longueurs cependant 1l doit tre assembl sur place l aide d un soudage par fusion ce qui implique un quipement particulier Des tuyaux en PE peuvent supporter le gel sans dommages mais ne sont pas disponibles au del de 300 mm de diam tre Une autre solution consiste utiliser des conduites forc es en b ton arm pr contraintes ou non avec enveloppe int rieure en acier pour viter les fuites fournies avec un assemblage en tulipe et des joints en caoutchouc Malheureusement leur poids important rend le transport et la manutention co teux mais ils ne sont cependant pas affect s par la corrosion Dans les pays en voie de d veloppement la conduite en bois renforc e par des cerces de t les d acier constitue une variante pouvant tre utilis e pour des diam tres allant jusqu 5 5 m tres et des chutes allant jusqu 50 m tres jusqu 120 m tres pour un diam tre de 1 5 m tres Les avantages sont une flexibilit s adaptant aux conformit s du terrain la facilit de pose sur sol pratiquement sans mise niveau aucun besoin de joints de dilatation et aucune n cessit de supports en b ton ou de protection contre la corrosion Une conduite en bois est assembl e partir de douves individuelles et de bandes ou cerces en acier qui lui permettent d tre facilement transp
283. m s Largeur moyenne de rivi re rectangulaire Q 55 1 38 m s 20 m approximativement Q361 0 37 m s Pente de rivi re moyenne 2 3 MQ 2 33 m s MNQ 0 15 m s Q300 1 90 m s Figure 7 121 Exemple de courbe de d bits class s en fonction de temps Courbe des d bits class s 4 50 4 00 3 50 3 00 a 2 50 2 00 D bit m s 1 50 1 00 0 50 0 00 0 00 73 00 146 00 219 00 292 00 365 00 Dur e jours an Tableau 7 24 M thodes bas es sur des valeurs hydrologiques ou statistiques M THODE DESCRIPTION nul V Us M THODE DESCRIPTION V Vs 10 MQ 233 ur 0 2 0 5 Qx5 30 75 Lanser 5 10 MQ 116 233 Hesse 0 2 0 9 Q35 30 135 Cemagref i AE CES Qei 370 Steinbach Q365 150 Alarm limit 0 2 Q300 380 218 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Bade W rtemberg 1 3 Q365 50 B ttinger Q347 L 600 Tableau 7 25 M thodes bas es sur des principes physiographiques D BIT R SERV l s D BIT R SERV 1 5 M THODE DESCRIPTION M THODE DESCRIPTION USA 2 6 9 1 1 s km 312 1092 Tyrol 2 3 l s km 240 360 Lombardie 2 88 l s km 346 Tableau 7 26 Formules bas es sur la vitesse et la profondeur d eau D BIT R SERV 1 5 D BIT R SERV 1 5 Styrie 0 3 0 5 m s 80 290 Oregon 1 2 2 4 m s 2 600 15 000 M THODE DESCRIPTION M THO
284. m me sur une petite distance Pour assurer une bonne tanch it tout autour d une vanne coulissante diff rents types de joints en caoutchouc sont utilis s Ceux ci peuvent tre constitu s de caoutchouc naturel de compos s de styr ne butadi ne ou de nitriles L ouverture de petites vannes de r glage de d bit peut tre assur e au moyen d un cric manuel d un v rin hydraulique ou d un actionneur lectrique commandant un syst me vis crou photographies 5 11 et 5 12 Les vannes papillons sont constitu es d un disque en forme de lentille mont sur un arbre pivotant pour fermer le passage figure 5 26 Dans une conduite sous pression chaque c t du disque est soumis la m me pression de sorte que la vanne soit facile man uvrer et puisse tre ferm e rapidement Les vannes papillons sont utilis es comme vannes de garde pour les turbines et comme vannes r gulatrices On comprend ais ment que lorsqu elles sont utilis es pour la r gulation elles g n rent in vitablement des pertes de charge car la lentille reste dans l coulement et provoque des turbulences Photographie 5 24 V rin hydraulique de commande de vanne 123 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 5 71 Vanne papillon principe Figure 5 72 Vanne sph rique principe Les vannes papillons sont simples et peuvent tre man uvr es manuellement ou hydrauliquement La pho
285. max n Kaplan simple r glage 2 0 2 6 Kaplan double r glage 2 8 3 2 Francis 1 6 2 2 Pelton 1 8 1 9 Turgo 1 8 1 9 179 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 6 2 5 Rendement des turbines Il est r ellement important de se rappeler que le rendement caract rise non seulement la capacit d une turbine exploiter un site de mani re optimale mais galement son comportement hydraulique Un rendement tr s moyen sigmifie que la conception hydraulique n est pas optimale et que d importants probl mes peuvent survenir comme par exemple la cavitation les vibrations etc lesquels peuvent r duire de mani re importante la production annuelle et endommager la turbine Chaque exploitant de centrale lectrique doit exiger du constructeur une garantie de rendement non une garantie de puissance bas e sur des d veloppements en laboratoire C est le seul et unique moyen de garantir que la turbine fonctionnera correctement L origine des garanties doit tre connue et indiscutable m me pour de tr s petites turbines hydro lectriques La figure 6 28 montre un exemple r el d une petite turbine construite sans garantie de rendement et sans d veloppement en laboratoire compar e une technique garantie et disponible Figure 6 110 Comparaison entre la mesure de rendement d une turbine r elle construite sans d veloppement en laboratoire et les performances possibles
286. me pour les CFRD en asphalte type norv gien ou sous la forme de g omembrane sur la face amont Figure 5 50 Barrage en remblai constitu de diff rents mat riaux avec noyau de moraine __ 1000 700 poo 3400 T 100 1600 orowan vta o GROYV STEN 8 44860 D 7 TTAN JAH HAD YTA ee es 108 _2T00 Aa ON E apoo A K Les barrages en remblai sont souvent class s selon le mat riel de remplissage principal par exemple les barrages en enrochements en vrac ou les barrages en terre 99 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 5 2 2 Barrages en b ton G n ralement les barrages en b ton sont cat goris s selon leur quilibre statique et correspondent l une des cat gories suivantes Barrages poids La stabilit de ceux ci est d pendante de leur propre masse Leur section transversale est triangulaire afin de fournir une r partition de stabilit et de contraintes ad quate par rapport au plan de fondation La partie sup rieure est rectangulaire pour fournir une largeur de cr te ad quate l installation et au transport La conception inclut une analyse de stabilit glissement et renversement une tude des contraintes une analyse de la temp rature durant la construction pour viter une fissuration une tude des contre pouss es sous le barrage etc La photographie 5 la gauche repr sente un barrage poids construit en B
287. moulinet 57 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 mais une structure rigide sera n cessaire pour les manipuler ce qui n cessitera une plate forme stable sur une embarcation de type catamaran si les mesures sont effectu es partir d un bateau Enfin on prendra garde aux vibrations et la flexion de la perche L utilisation de perches de grand diam tre permet de palier ce probl me mais dans ce cas l appareil entier devient tr s lourd et peu maniable Enfin 1l faut remarquer que la mesure pr cise d un d bit au moulinet r pond des normes internationales ISO CET Par l interm diaire d un d bitm tre lectromagn tique Un d bitm tre lectromagn tique est un instrument de mesure induction lectrique n ayant pas de parties mobiles Il est constitu d une sonde plac e dans une ligne de courant Celle ci peut tre fix e sur des perches et maintenue diff rentes profondeurs ou suspendue un c ble Ce d bitm tre pr sente les avantages d tre plus petit et d avoir une chelle de mesure plus grande que les moulinets h lice Il est particuli rement utile pour des vitesses tr s faibles lorsque les moulinets h lice deviennent irr guliers Sa sensibilit moins lev e l encrassement par des v g taux en suspension et des mat riaux solides le rend particuli rement attractif pour des mesures de courants fortement charg s Chaqu
288. mpacts biologiques 7 4 3 1 Dans le r servoir Les r servoirs sont inhabituels dans les petites centrales hydro lectriques bien qu il existe quelques am nagements qui stockent assez d eau pour faire fonctionner la turbine uniquement durant les p riodes de forte demande en lectricit Un tel fonctionnement est appel en heures de pointe Dans des am nagements de basse chute un tel fonctionnement peut entra ner des conditions dommageables pour les poissons en aval parce que l coulement diminue lorsque la production lectrique est r duite Le faible coulement peut entra ner un nouveau d p t d ufs de poisson dans 213 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 les zones de ponte Ces ufs peuvent apparemment survivre pendant les p riodes de remplissage de la retenue plus que pendant les p riodes de fonctionnement en pointe mais les petits poissons peuvent cependant s chouer particuli rement si la variation de niveau est rapide 7 4 3 2 Dans le lit du cours d eau La majeure partie des PCH sont dites au fil de l eau c est dire sans retenue Un d bit est d riv d un cours d eau ou d un lac via un canal ou des conduites vers la centrale La longueur de la d rivation peut atteindre plusieurs kilom tres afin d obtenir un gain de hauteur de chute La r duction de l coulement dans le lit du cours d eau entre le point de d rivation et le
289. n vigueur Les prix engendr s par ces syst mes de soutien ou prix de rachat sont d taill s dans le chapitre 8 Aucun changement significatif ne prendra place moyen terme dans les Etats membres mais il existe encore une incertitude sur cette possibilit Au Danemark un des partisans historiques des tarifs de rachat pour l nergie olienne a annonc et report plusieurs fois l introduction d un syst me TGC et il existe encore une grande incertitude quant son introduction En Irlande le gouvernement a annonc son intention de faire circuler un document de consultation depuis le premier trimestre 2003 ayant pour but de fixer de nouveaux objectifs pour les technologies E SER en 2010 et d examiner des mesures alternatives pour les soutenir En Espagne les tarifs de rachat vont probablement perdurer durant des ann es bien que des investisseurs demandent des r gles plus claires dans la d termination de ces prix pour le futur En Autriche apr s l exp rience n gative du syst me de certificat vert commercialisable pour les petites centrales hydro lectriques 1l est peu probable que le syst me de soutien des tarifs de rachat change maintenant qu une certaine harmonisation au niveau de l tat a t atteinte En Allemagne le Minist re f d ral de l Environnement a publi un amendement de la Loi sur l Energie Renouvelable en 2003 avec une demande de commentaires Cette proposition soutient toujours le dispositif
290. n doit se rappeler que la conception de turbine est un processus it ratif d pendant de crit res vari s comme les limites de cavitation la vitesse de rotation la vitesse sp cifique etc voir chapitre 6 14 De mani re claire cela signifie qu apr s utilisation des quations suivantes on doit s assurer que la turbine con ue respecte les crit res mentionn s ci dessus Enfin l on se rappellera que la conception des turbines hydraulique est l affaire de sp cialistes disposant de r sultats d essais en laboratoire Les diverses recettes donn es ci apr s n ont donc pas d autre but que de donner des indications pr liminaires utiles l tude d un am nagement Pour tous les types de turbines la premi re tape est de choisir une vitesse de rotation Turbines Pelton S1 nous connaissons la vitesse de rotation de la roue son diam tre peut tre estim par les quations suivantes D 0 68 vH m 6 16 n Q l 1 68 B p TH m 6 17 170 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Q 1 1 178 O e n vitesse de rotation en t s nja nombre d injecteurs e H chute en m tres e g constante de gravit en m s D est d fini comme le diam tre du cercle d injection en d autres termes il s agit de deux fois la distance entre l axe de l ingecteur et l axe de la roue B2 est la largeur int rieure de lauget d pendant essentiellement du d b
291. n future de la galerie Figure 4 45 Faille pr sente dans la galerie de La Rienda aire de faille Am s0 m d m Colluvion Pr m r Pierre calcaire EEs Zone de faille R surgissements d eau La figure 4 7 repr sente une faille pr sente dans la galerie de La Rienda seconde partie de la galerie de Cordi anes proche de la chambre de mise en charge En raison des efforts et des d formations support es dans le pass par cette masse rocheuse les roches trouv es l origine taient enti rement alt r es Son comportement relativement cette excavation a t tr s diff rent de celui du reste du massif Gr ce la connaissance de cette faille le tunnel a pu tre excav sans incidents Comme le pr sentent les photographies 4 6 et 4 7 la structure de renfort utilis e durant la construction du tunnel a t tr s diff rente dans cette zone par rapport celle utilis e pour les autres secteurs 88 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Photographie 4 8 Vue du b tonnage de la galerie 4 3 2 4 La centrale Si les fondations de la centrale reposent sur de la roche le travail d excavation va liminer la couche superficielle expos e aux intemp ries Si par contre lusine est situ e sur une terrasse alluviale pr s du bord de la rivi re qui n offre pas de bonnes fondations le sol doit tre renforc L injection de ciment traditionnelle
292. n le Livre Blanc 13 de l lectricit produite r duisant ainsi les missions de CO de plus de 67 millions de tonnes par an Alors que l hydro lectricit conventionnelle entra ne la r alisation d infrastructures importantes pouvant entra ner des co ts sociaux et environnementaux non n gligeables les petites centrales hydro lectriques correctement con ues peuvent facilement tre int gr es dans les cosyst mes locaux En 2001 les centrales hydro lectriques de l Union Europ enne ont produit environ 365 TWh partir d une puissance totale de 118 GW Les petites centrales hydro lectriques repr sentent 8 de la capacit install e 9 9 GW et produisent 39 TWh environ 11 de la production hydro lectrique totale En supposant un environnement r glementaire plus favorable l objectif de la Commission Europ enne de 14 GW d ici 2010 devrait tre atteint la petite hydro lectricit devenant alors la seconde nergie renouvelable apr s l nergie olienne La grande majorit des petites centrales hydro lectriques sont des am nagements au fl de l eau ce qui signifie que les turbines produisent de l lectricit lorsque les d bits du cours d eau sont suffisants pour les alimenter Normalement ces sites n ont pas la capacit de stocker de l eau dans le but de produire de l lectricit durant les heures de pointe bien qu il existe quelques exceptions particuli rement dans les am nageme
293. n sous un barrage France Ce cas concerne le petit barrage d une installation de 600 KW constitu d un aqueduc enterr d une conduite forc e et d une usine Le personnel exploitant ayant remarqu une fuite mineure en aval du pied de barrage le r servoir a t vid et une tranch e excav e de mani re pouvoir examiner le contact entre la structure et la fondation On a d s lors pu observer qu un passage s tait form entre l amont et l aval du barrage photographie 4 11 et que ses fondations reposaient sur des d p ts perm ables non prot g s A terme le barrage aurait fini par s effondrer cons cutivement au minage de ses fondations Le manque d analyse g omorphologique et une r vision inappropri e de la conception et de la construction du barrage auraient pu d boucher sur une catastrophe locale 94 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Photographie 4 12 Seuil affouill par des infiltrations Canal d amen e dans un am nagement basse chute de 2 MW Le canal d amen e 5 m de large et 500 m de long longe de la rivi re laquelle tait r put e pour avoir connu de fr quentes crues rapides Lors d un crue centennale les turbines ont t arr t es et toutes les vannes ferm es Le canal d amen e s est presque enti rement vid par fuites et 1l a t d truit par contre pouss e induite par la crue Photographie 4 12 Dans ce cas les causes du
294. n standards sont h las toujours utilis es les facteurs de conversion sont donn s ci apr s 167 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 v 2 11 y 6 6 No 333 Nor 6 7 n 5 Nor 6 8 L quation 6 8 correspond la d finition de n calcul e avec les unit s SI La figure 6 21 montre quatre diff rentes conceptions de roues Francis et leurs vitesses sp cifiques correspondantes optimis es du point de vue du rendement Plus la vitesse sp cifique est basse plus la chute est haute Figure 6 103 Trac des roues de turbine Francis en fonction de la vitesse sp cifique n En g n ral les constructeurs indiquent la vitesse sp cifique de leurs turbines Un grand nombre d tudes statistiques sur un grand nombre d installations r alis es ont permis d tablir une corr lation entre la vitesse sp cifique et la chute nette pour chaque type de turbine Quelques unes de ces formules sont repr sent es de mani re graphique sur la figure 6 22 0 0859 Pelton 1 injecteur Moz H 24 Siervo et Lugaresi 6 9 __ 1 924 Francis No po Lugaresi et Massa 6 10 _ 2 294 Kaplan Mor 770486 Schweiger et Gregory 6 11 _ 2 716 H lice Moe pros USBR 6 12 168 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 1 528 Bulbe No H Kpordze et Warnick 6 13 O H est la chute
295. neeeneeseeneeenesnseeneseseeneeeneeneeeneeeneeneeenee es 48 2 3 1 Classification des coulements en Canal eeesreseeeeeeeeeeeeceerceseeereeeeeeeseeeeeeseessees 48 2 32 Ecoulement wiae en eam eiai 49 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 4 METHODOLOGIES D EVALUATION DES SITESI 87 RE I EAEE EAEE EERE AEE E SEN EEE E PE E E EEE 121 D a 125 Sa Bassins d d cantati m s orniisrrisnsiisinniniiiounnnikrcaknariinaink ninani aka Ea Aaaa aiana 127 D D de 127 34 2 Elicacite Tun 128 EE AT A E E AIOE OAIE EENE 128 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 DL TS OS Ge Service nd de den dat e ic Lie re alle 202 6 8 2 Almentahon en courant continu SPP en nm I EN RE nn 203 A a a a 203 T U 204 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 A e a a 268 T T 270 To DEE a 271 ANNEXE A LA PETITE HYDROELECTRICITE SUR LE MARCHE INTERIEUR DE L LECTRICIT 27 GLOSSAIRE 296 LISTE DES FIGURES Fioure 1 1 Amenagement de Haute CUS anse E aE eia s er Esn 21 Figure 1 2 Am nagement de basse chute avec conduite forc e 21 Figure 1 3 Am nagement basse chute int gr dans le barrage 22 Figure 1 4 Am nagement de basse chute utilisant un barrage existant 23 Figure 1 5 Am nagement de basse chute montage en siphon 23 Figure 1 6 Am nagement int gr utilisan
296. nergie gratuite et potentiellement in puisable A la suite de la Troisi me conf rence des Parties de la Convention Cadre des Nations Unies sur le Changement Climatique tenue Kyoto en d cembre 1997 l Union Europ enne a reconnu l urgence d aborder le probl me du changement climatique Elle s est galement fix e comme objectif une r duction d ici 2010 de 8 de ses missions de gaz effet de serre sur la base des missions de 1990 bien que l objectif des pays industrialis s ne soit que de 5 Afin d aider les Etats membres dans la r alisation de cet objectif la Commission Europ enne a identifi une s rie d actions mettre en uvre dans le domaine de l nergie dans le but de r duire la consommation d nergie et la concentration de carbone L acc l ration du d veloppement des nergies renouvelables appara t comme une tape primordiale dans la diminution de la concentration de carbone et par cons quent dans la r duction des missions de CO En cons quence le Conseil et le Parlement de l UE ont adopt la Directive 2001 77 CE sur la promotion de l lectricit produite partir de sources d nergie renouvelable Depuis le d but de l lectrification de l Europe l nergie hydraulique est la premi re source d nergie renouvelable utilis e pour produire de l lectricit Aujourd hui l hydro lectricit petite et grande dans l Union Europ enne repr sente selo
297. nette en m tres Une fois la vitesse sp cifique d termin e les dimensions principales de la turbine peuvent tre facilement valu es Toutefois les formules statistiques doivent tre utilis es uniquement pour des tudes pr liminaires puisque seuls les constructeurs peuvent donner les dimensions r elles des turbines La vitesse sp cifique pour les turbines Pelton augmente avec la racine carr e du nombre d ingecteurs Par cons quent la vitesse sp cifique d une machine quatre injecteurs des configurations plus de quatre injecteurs tant rares en petite hydraulique et seul un axe vertical permettant par ailleurs d avoir plus de deux injecteurs est deux fois plus lev e que celle d une Pelton un injecteur Le tableau 6 2 donne les vitesses sp cifiques typiques des principaux types de turbines Tableau 6 15 Echelle de vitesse sp cifique pour chaque type de turbine Pelton un injecteur 0 005 lt y S 0 025 Pelton n injecteurs 0 005 n lt n a lt 0 025 n Francis 0 05 lt Nor lt 0 33 Kaplan h lice bulbe 0 19 lt y 51 55 La figure 6 22 illustre la relation entre la vitesse sp cifique et la chute nette pour ces diff rents types de turbines Figure 6 104 Vitesse sp cifique en fonction de la chute nette H E g 10 Kaplan Propeller men Bulb pA 1 Ptr n Francis L
298. ng Francis turbines trends in the last decade Water Power amp Dam Construction Novembre 1987 5 A Lugaresi amp A Massa Kaplan turbines design trends in the last decade Water Power amp Dam Construction Mai 1988 L Austerre amp J de Verdehan Evolution du poids et du prix des turbines en fonction des progr s techniques Compte rendu des cinqui mes journ es de l hydraulique 1958 La Houille Blanche V H Giraud amp M Beslin Optimisation d avant projet d une usine de basse chute Symposium AIRH 1968 Lausanne ST Belhaj Optimisation d avant projet d une centrale hydro lectrique au fil de l eau Symposium Maroc CEE Marrakech 1989 J L Gordon A new approach to turbine speed Water power amp Dam Construction Ao t 1990 2 J L Gordon Powerhouse concrete quantity estimates Canadian Journal Of Civil Engineering Juin 1983 7 F Schweiger amp J Gregori Developments in the design of Kaplan turbines Water Power amp Dam Construction Novembre 1987 7 F Schweiger amp J Gregory Developments in the design of water turbines Water Power amp Dam Construction May 1989 2 J Fonkenell How to select your low head turbine Hidroenergia 1991 199 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 7 IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX ET MESURES DE REDUCTION 7 1 Introduction La Troisi me Conf rence des Part
299. nnelle Pour se d velopper l lectricit g n r e partir d nergies renouvelables a besoin de deux l ments essentiels 1 un m canisme de soutien financier permettant aux producteurs d nergie renouvelable d entrer dans le march et de r aliser un profit raisonnable et 11 un environnement r glementaire stable de sorte que des investisseurs puissent entrer dans le march sans s inqui ter du fait que le m canisme de soutien des prix ne soit modifi d favorablement e Infrastructure Les centrales lectriques fonctionnant partir d nergies renouvelables ont un nombre important de d fis relever tels que l am nagement du territoire ou les probl mes de raccordement au r seau L avenir des E SER est probablement d pendant d une combinaison de soutien des prix et de soutien politique Mettre fin la distorsion conomique en supprimant les subventions pour la g n ration conventionnelle et en int grant des co ts externes prendrait beaucoup de temps Le probl me des co ts externes pourrait tre corrig l int rieur de l UE par exemple par une taxe sur le charbon au moins par rapport aux combustibles fossiles Selon APPA l Association Espagnole des Producteurs Ind pendants d Energies Renouvelable les co ts externes des sources conventionnelles g n rant de l lectricit devraient tre consid r s comme un l ment essentiel de r f rence afin de quantifier la compensation de
300. nsients Von Nostrand Reinhold Co 1979 6 V L Streeter and E B Wylie Hydraulic Transients McGraw Hill Book Co New York 1967 7 J Parmakian Waterhammer analysis Dower Publications New York 1963 8 R H French Hidraulica de canales abiertos en Castillan McGraw 9 V T Chow Open Channel Hydraulics McGraw Hill Book Co New York 1959 10 V L Streeter and E B Wylie Fluid Mechanics McGraw Hill Book Co New York 1975 11 A C Quintela Hidraulica en Portugais Ed Calouste Gulbenkian Foundation 1981 12 J Dubois Comportement hydraulique et mod lisation des coulements de surface en fran ais Communication LCH n 8 EPLF Lausanne 1998 13 E Mosonyi Water power development Tome I et I Akad miai Kiado Budapest 1987 91 Autres r f rences sur les diff rents aspects de ce th me 1 H W King et E F Brater Handbook of Hydraulics McGraw Hill Book Co New York 1963 2 R Silvester Specific Energy and Force Equations in Open Channel Flow Water Power March 1961 Par Jonas Rundqvist SERO Pedro Manso EPLF et Celso Penche ESHA 50 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 3 HYDROLOGIE 3 1 Introduction Toute production hydro lectrique d pend du d bit disponible et de la d nivellation exploitable L hydro lectricit est donc extr mement d pendante du site Il est n cessaire tout d abord de disposer d un d bit d ea
301. nsport s l aide de syst mes sp cifiques comme des ascenseurs poissons La passe poissons la plus commune est la passe seuils et bassins successifs avec un coulement d eau sous forme de lames d versantes d un bassin un autre au dessus des seuils rectangulaires Les bassins jouent alors un double r le fournir des zones de repos et dissiper l nergie de l eau 222 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 descendant travers la passe Les dimensions des bassins doivent tre d termin es en fonction des poissons qui doivent passer Les bassins peuvent tre support s par l interm diaire de e Chicanes munies de fentes de sorte que les poissons et l coulement les empruntent e Chicanes munies d orifices de fond assez grands pour permettre aux poissons de passer e Chicanes munies la fois de fentes verticales et d orifices de fond Les bassins s par s par des chicanes munies d orifices de fond n ont pas d int r t pratique parce qu ils sont limit s des poissons de fond et d orifices Le saumon n en a pas besoin parce qu il ne peut pas sauter par dessus la chicane elle m me et des aloses par exemple ne sont pas des poissons de fond Le syst me de seuils rectangulaires figure 7 6 est le plus ancien mais pr sente l inconv nient de subir les variation du niveau d eau en amont et l coulement dans la passe poissons en est
302. nt dans des canaux non rev tus doit tre maintenue au dessus d une valeur minimum pour emp cher une croissance des plantes aquatiques et une s dimentation mais au dessous d une valeur maximum pour emp cher une rosion S1 le canal n a pas de rev tement la vitesse maximum pour emp cher une rosion est d pendante du diam tre de grain moyen du mat riau d accumulation dm V lt 5 7 d R 6 5 15 O R est le rayon hydraulique du canal Pour des diam tres de grain de 1 mm et un rayon hydraulique de 1 3 m les vitesses critiques sont de l ordre de 0 6 0 7 m s Pour des diam tres de grain de 10 mm les vitesses critiques sont comprises entre 1 2 et 1 5 m s pour le m me rayon hydraulique L quation ci dessus peut tre utilis e pour des diam tres de grain sup rieurs 0 1 mm 130 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Pour des sols homog nes les vitesses critiques sont comprises entre 0 4 et 1 5 m s Les canaux avec rev tement en b ton peuvent avoir des vitesses d eau claire jusqu 10 m s M me si l eau contient du sable du gravier ou des cailloux des vitesses jusqu 4 m s sont acceptables Par ailleurs pour garder le limon en suspension apr s la prise la vitesse d coulement doit tre au moins de 0 3 0 5 m s Pour emp cher une croissance de plantes aquatiques les vitesses minimales sont de 0 5 0 75 m s et les profondeurs d eau minimales
303. nt habituelle dans les petites centrales hydro lectriques La photographie 6 3 illustre une turbine Francis axe horizontal Les turbines Francis peuvent tre soit reli es une conduite forc e soit en chambre d eau Cette derni re configuration correspondant aux basses chutes n est cependant plus tr s courante aujourd hui la turbine Kaplan fournissant d sormais une meilleure solution technique et conomique 159 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Photographie 6 35 Turbine Francis axe horizontal L eau entre dans la turbine par la b che spirale con ue pour conserver une vitesse tangentielle d coulement constante et pour r partir de mani re uniforme l eau dans le distributeur Comme pr sent la figure 6 9 le distributeur comporte des aubes directrices mobiles dont la fonction est de r gler le d bit et d orienter de mani re ad quate l coulement entrant l int rieur de la roue en adaptant l angle d attaque sur les aubes de la roue Elles peuvent donc tourner autour de leurs axes et sont man uvr es par le biais de biellettes reli es au cercle de vannage synchronisant leur mouvement Bien que ces aubes ne puissent tre utilis es pour arr ter l coulement vers la turbine dans des situations d urgence on installe en g n ral une vanne papillon en amont de la turbine laquelle fait office d organe de s curit La roue transforme l
304. nt les co ts d investissement diff rent non seulement entre les pays mais aussi entre les r gions Les tarifs de rachat de l lectricit peuvent tre cinq fois sup rieurs d un pays l autre 248 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 8 5 Tarifs et primes L analyse conomique d un am nagement hydro lectrique serait rendue plus facile si les tarifs de l lectricit pour un MWh taient stables dans le temps Ce n est pas le cas et les donn es r gissant les conditions de march varient constamment Les volutions actuelles se traduisent par une lib ralisation et une ouverture des march s et le d veloppement des EnR nergies renouvelables dans des conditions variables d un pays un autre Dans le cas o des tarifs garantis ne sont pas en place de type feed in tariff ceux c1 sont fix s entre le producteur et le fournisseur Ces lois sont revues et modifi es fr quemment 1l est donc difficile de fournir une pr sentation compl te de celles ci Les tarifs n goci s au travers de contrats de vente d lectricit avec un fournisseur vont varier entre les pays et seront fortement influenc s par le souci de d velopper le marketing de l lectricit verte comme en Suisse par exemple Il est par cons quent important pour le promoteur de comprendre clairement les dispositions en vigueur dans le pays d accueil De mani re similaire le promoteur du projet doi
305. ntra n Au d marrage la turbine acc l re jusqu une vitesse l g rement sup rieure la vitesse synchrone du g n rateur puis un relais de vitesse commande la fermeture du disjoncteur principal A partir de cet tat hyper synchronis la vitesse de g n rateur va diminuer jusqu la vitesse synchrone en alimentant le r seau en courant Des d viations de vitesse relativement la vitesse synchrone vont g n rer un couple d entra nement ou de r sistance qui va ramener le g n rateur dans la zone de fonctionnement stable G n rateurs synchrones Au d marrage la turbine est acc l r e progressivement en augmentant son d bit On contr le alors la tension la fr quence la phase et le sens de rotation du g n rateur La r gulation agit alors sur la turbine en contr lant son d bit pour faire en sorte que toutes ces valeurs soient identiques celles du r seau lectrique D s que cela est le cas le g n rateur est coupl et commence fournir du courant Dans le cas d un r seau isol la r gulation devra maintenir une tension pr d termin e constante ind pendamment de la charge Dans le cas d un r seau interconnect la r gulation maintient le facteur de puissance ou la puissance r active d finie 6 5 R gulation de turbine Chaque turbine est con ue pour une chute nette et un d bit la rendant ainsi unique Toute variation de d bit relativement la valeur nominale doit tre compens e par l
306. ntre la centrale et le point d injection sur le r seau Dans les zones de grande sensibilit cologique la sous station peut se trouver l int rieur de la centrale et les c bles de transmission peuvent tre enterr s par exemple le long de la conduite forc e Des protections contre les surtensions ou les coupures dans le r seau de proximit sont habituellement incluses dans la sous station 6 9 Exemples L exemple suivant aide comprendre les concepts expos s dans ce chapitre particuli rement l utilisation de la vitesse sp cifique Consid rons un am nagement situ une altitude de 1 000 m au dessus du niveau de la mer dont la chute nette est de 200 m pour un d bit nominal 1 5 m s Quelle turbine s lectionner sachant que l on d sire un accouplement direct et quelles sont ses dimensions principales Selon le tableau 6 3 ou la figure 6 26 la chute et le d bit correspondent aux enveloppes d une turbine Francis et Pelton La vitesse de rotation de la turbine est donn e en fonction de nog par l quation 6 5 x E nE _Nor 9 81200 VQ V1 5 Si nous s lectionnons une Pelton un injecteur la valeur maximum pour ng selon le tableau 6 2 sera 0 025 La vitesse de rotation correspondante serait alors de 6 t s 360 t min n 240 7 Nor t s 196 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Puisque nous souhaitons utiliser un accouplement direct la v
307. nts de haute chute La production cesse lorsque le d bit de la rivi re descend en dessous du seuil technique de fonctionnement des quipements Certaines centrales sont des syst mes autonomes utilis s pour l lectrification de sites isol s on parle alors de centrale en lot mais dans la plupart des cas en Europe l lectricit produite est inject e dans le r seau La connexion au r seau permet un contr le automatique simplifi la fr quence du courant tant assign e par le r seau Elle implique la vente de l nergie une soci t de distribution Durant les derni res ann es conscients des b n fices environnementaux des nergies renouvelables la plupart des gouvernements des Etats membres soutenus par la Directive E SER ont fix le prix de rachat tenant compte de ces b n fices en comparaison avec les nergies fossiles dont le prix peut tre plus 11 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 bas Le Portugal l Espagne et l Allemagne ont prouv que des prix de rachat raisonnables taient essentiels pour augmenter la production d lectricit partir de sources d nergies renouvelables 1 2 D finition d une petite centrale hydro lectrique Il n existe pas de consensus dans les pays membres de PUE concernant la d finition d une petite centrale hydro lectrique Quelques pays comme le Portugal l Espagne l Irlande et plus r cemment la Gr ce et
308. o t Que Q361 Q355 etc 7 4 3 2 3 M thodes bas es sur des principes physiographiques Ces m thodes se r f rent habituellement un d bit r serv sp cifique constant en 1 s km du bassin hydrologique De plus dans ce cas les valeurs du d bit r serv sugg r es sont fortement variables Par exemple la valeur de 9 1 s km est exig e aux USA si les rivi res ont une abondante ressource en poissons jusqu 2 s km dans le cas de bassins cristallins dans les Alpes Avantages de ces m thodes e Facilement applicables selon l exactitude des donn es de base e Fluctuations naturelles pouvant ventuellement tre prises en compte e Apport d une valuation approximative de la production d nergie e M thodes bas es sur MNQ d bit moyen annuel ou NNQ d bit annuel minimum devraient tre choisies de pr f rence e Pas d ant c dents cologiques connus Inconv nients e Formules acad miques fournissant des valeurs rigides e NNQ pouvant facilement tre sous estime e param tres hydrauliques de d bit non consid r s e Effet des affluents et des pr l vements dans la section de d rivation et la longueur de d rivation non pris en compte e Fonctionnement conomique des petites centrales hydro lectriques pouvant tre durement affect e M thodes non appropri es pour beaucoup de typologies de rivi res et difficilement transf rables d une rivi re l autre 7
309. obligations du service public et de la protection des consommateurs mentionne que Les Etats membres sur la base de leur organisation institutionnelle et dans le respect du principe de subsidiarit veillent ce que les entreprises d lectricit sans pr judice du paragraphe 2 soient exploit es conform ment aux principes de la pr sente directive en vue de r aliser un march de l lectricit concurrentiel s r et durable sur le plan environnemental et s abstiennent de toute discrimination pour ce qui est des droits et des obligations de ces entreprises En tenant pleinement compte des dispositions pertinentes du trait en particulier de son article 86 les Etats membres peuvent imposer aux entreprises du secteur de l lectricit dans l int r t conomique g n ral des obligations de service public qui peuvent porter sur la s curit y compris la s curit d approvisionnement la r gularit la qualit et le prix de la fourniture ainsi que la protection de l environnement y compris l efficacit nerg tique et la protection du climat Ces obligations sont clairement d finies transparentes non discriminatoires et contr lables et garantissent aux entreprises d lectricit de l Union Europ enne un gal acc s aux consommateurs nationaux En mati re de s curit d approvisionnement et d efficacit nerg tique gestion de la demande ainsi que pour atteindre les objectifs environnemen
310. oche pour des conditions d eau stagnante vo 10 1 57 102 0 11 5 8 9 d dans laquelle vp est exprim en mm s et le diam tre de grain d en mm Cette expression est correcte pour T 20 C et une densit grain eau de 2 65 Pour des conditions d coulement turbulent la vitesse de d p t diminue et la formule suivante est plus appropri e Vb Vpo XV 20 5 9 dans laquelle vpo est la vitesse de d p t dans de l eau stagnante et a un facteur de r duction en 1 m 1 exprim en fonction de la profondeur d eau du bassin h m q 0 132 e Vh 5 10 En d finitive pour chaque dimensionnement la vitesse de transfert critique du bassin doit tre d finie Cette vitesse critique d finit la limite entre le r gime de suspension et le r gime de d p t S elle est trop lev e les s diments d pos s risquent d tre entra n s nouveau par l coulement Pour une valeur de rugosit de Manning Strickler de K 60 m s K 1 n valeur moyenne pour du b ton et pour un rapport de densit grain eau de 2 65 la formule suivante est appliqu e v 13 R Jd 5 11 Les valeurs types pour v sont 0 2 0 3 m s Plus d informations concernant la conception et la construction peuvent tre trouv es par exemple dans Bouvard 1984 5 5 Vannes Dans les am nagements hydro lectriques 1l doit tre possible d isoler temporairement certains organes par exemple pour permettre l acc s sur une tu
311. odes bas es sur des valeurs hydrologiques ou statistiques 226 Tableau 7 25 M thodes bas es sur des principes physiographiques 221 Tableau 7 26 Formules bas es sur la vitesse et la profondeur d eau 227 Tableau 7 27 M thodes bas es sur une analyse multicrit res en consid ration des param tres cologiques TT OS 227 Tableau 8 28 Coefficient d actualisation pour diff rentes p riodes n et un taux d actualisation r 248 Tableau 8 29 Analyse de la marge brute d autofinancement neeeeeeeeeeosesessesesssnsssssnsssssnnneneserrrrrrrren 253 Tableau 8 30 VAN en fonction du taux d actualisation r et de la dur e de vie An 254 Tableau 8 31 Rb c en fonction du taux d actualisation r et de la dur e de vie An 254 Tableau 8 1 32 VAN Rb c et TIR pour diff rents tarifs o r est de 8 et la p riode de 35 ans 255 Tableau 8 33 Exemple B Cash flow ou flux de tr sorerie annuel pour un investissement financ par CIDEU Re A A NA dns inner lan N e sn etes 259 Tableau 8 34 Analyse financi re d am nagements r els en Europe 256 Tableau 8 35 Prix de vente de l lectricit produite par les PCH Petites centrales Hydrauliques dans les pays de TUTION E Uropec iNe nn oder nn noi 257 Tableau 9 36 Droits pour l utilisation de l eau n UE 1S sta Rae n 262 Tablean S o7 S CArCIE HS TQUES des prises d A ES teste or tn 304 LISTE DES PHOTOGRAPHIES P
312. ommerce Type de conduite n Acier soud 0 012 Poly thyl ne PE 0 009 PVC 0 009 Ciment amiant 0 011 Fonte ductile 0 015 Fonte 0 014 Bois 0 012 B ton coffrages m talliques avec joints lisses 0 014 Dans l exemple 2 4 et plus particuli rement dans l exemple 2 5 les r sultats obtenus par lapplication de l quation de Colebrook White et la formule de Manning peuvent tre compar s Exemple 2 4 En utilisant les param tres de Pexemple 2 2 calculer la perte de charge par frottement en appliquant la formule de Manning En consid rant que n 0 012 pour une conduite en acier soud 2 h 10 29 0 012 1 2 a T 00374 5 333 L 0 9 Avec L 500 m on a hs 1 87 m valeur l g rement inf rieure celle estim e l aide du diagramme de Moody Exemple 2 5 Calculer en utilisant quation de Colebrook et la formule de Manning la perte de charge par frottement dans une conduite soud e de 500 m de long de respectivement 500 mm 800 mm 1 200 mm et 1 500 mm de diam tre avec une vitesse moyenne de 4 m s D mm 500 800 1200 1500 Q ms 0 785 2 011 4 524 7 069 V m s 4 4 4 4 L m 500 500 500 500 30 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 En appliquant Colebrook White e mm 0 6 0 6 0 6 0 6 hm 1723 9 53 5 73 4 35 En appliquant Manning N 0 012 0 012 0 012 0 012 hr m 18 40 9 85 5 73 4 26 Tableau 2 3 Coefficients de Hazen Williams Ty
313. on limin d environ 0 2 mm pour des contraintes importantes chute brute significative particules de quartz et environ 0 3 mm pour des conditions normales 5 4 3 Dimensionnement La longueur n cessaire d un bassin de d cantation est d finie par le d bit quip de la prise et par son rendement diam tre de grain qui se d pose toujours l int rieur du bassin La longueur doit permettre tous les grains de se d poser avant de quitter le bassin C est le cas lorsque le temps de 120 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 d p t tb quivaut au temps de transfert t Le premier terme est d fini par h v et le dernier par L vr voir figure 5 24 La longueur minimum demand e pour d poser un diam tre de grain dp est donn e par Q V B L gt 5 7 La largeur B doit rester inf rieure 1 8 de la longueur L et inf rieure deux fois la profondeur d coulement h La vitesse de d p t vp est d finie par la formule de Newton ou de Prandtl pour des particules sph riques et pour des conditions id ales c est dire celles de l eau pure sans turbulence et sans effet de paroi Cela d pend de la tra n e de forme de la particule qui son tour d pend du nombre de Reynolds Pour des conditions r elles aucune formule n existe et des exp riences doivent tre r alis es En pratique la formule empirique de Zanke est souvent utilis e en premi re appr
314. on fluviale 1l est recommand de restaurer et de renforcer la v g tation du lit de rivi re qui peut avoir t endommag durant la construction des ouvrages hydrauliques On doit noter que le terrain doit tre repeupl avec des esp ces indig nes adapt es aux conditions locales Les tudes d impact environnemental doivent prendre en compte les effets de dispersion des mat riaux excav s dans le courant d eau et l impact de la pr sence humaine sur le chantier notamment s1 la Zone concern e n est habituellement pas habit e Cet impact qui peut tre n gatif si am nagement est situ dans un parc naturel peut dans certains cas avoir un effet b n fique en augmentant l activit conomique locale Les missions de gaz d chappement des v hicules et engins de chantiers la poussi re manant des excavations le niveau lev de bruit et autres impacts majeurs contribuent d velopper de nuisances importantes lorsque l am nagement est situ dans des zones sensibles Pour r duire ces impacts le trafic des v hicules doit tre planifi avec soin afin de limiter les d placements au minimum requis L augmentation du niveau d activit conomique dans la zone consid r e dans une zone en utilisant la main d uvre et les sous traitants locaux durant la phase de construction a un impact tr s positif sur l conomie locale 7 4 Impacts g n r s par le fonctionnement de l unit hydro lectrique 7 4 1 Im
315. on particulier pour garantir une quantit n cessaire d eau dans un autre tron on du m me cours d eau Cette m thode se base sur la d termination des conditions de d bit r serv en association avec la simulation de conditions potentielles futures dans la section d riv e de la rivi re La m thode repr sente la mise en relation des param tres cologiques avec des cas r els analys s Elle est d crite comme une m thode plut t simple et conomique Elle pr suppose toutefois la possibilit de mesurer des petits d bits dans le futur tron on d riv de la rivi re Avec des centrales existantes ceci est simple dans tous les autres cas les mesures doivent tre effectu es en p riode de basses eaux et exigeront certainement une extrapolation Avantages de cette m thode e Observations du d bit sp cifique du site e Prise en compte des caract ristiques hydrologiques hydrauliques cologiques et m t orologiques e Prise en compte la fois des param tres cologiques et conomiques Inconv nients 217 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 e M thode co teuse en collecte de donn es et en simulations informatiques e _Appropri e uniquement pour des typologies particuli res de rivi re et difficilement transf rable Exemple d application de diff rentes m thodes utilisant les crit res suivants A 120 km surface du bassin consid r Q3a7 1 60
316. onne turbine en fonction du site et de ses caract ristiques et d autre part de donner quelques formules permettant d en d terminer les principales dimensions Nous nous sommes pour cela entre autres bas s sur le travail r alis par Siervo et Lugaresi Siervo et Leva Lugaresi et Massa Austerre et Verdehan Giraud et Beslin Belhaj Gordon Schweiger et Gregori qui proposent une s rie de formules statistiques tir es de bns des caract ristiques de turbines en service Il est important de souligner toutefois que celles ci ne peuvent en aucun cas remplacer les dimensionnements effectu s par les constructeurs de machines en fonction de leur exp rience propre Toutes les formules de ce chapitre utilisent des unit s SI et se r f rent aux normes CEI plus particuli rement aux CEI 60193 et 60041 153 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets 6 2 ESHA 2005 1 Types et configuration L nergie potentielle de l eau peut tre convertie en nergie m canique par la turbine selon l un des deux m canismes fondamentaux suivants Ce L eau sous pression induit une force sur la face des aubes de la roue Au fur et mesure que l eau traverse la turbine la pression diminue transform e en nergie m canique de rotation et transmise au g n rateur par l arbre de transmission La roue de la turbine est enti rement immerg e et son b ti doit tre capable de su
317. ons de bois ou une bouteille remplie partiellement est plac au centre de l coulement Le temps t en secondes coul pour parcourir une certaine longueur L m est enregistr La vitesse de surface m s est alors exprim e par le rapport de la longueur L sur le temps t La vitesse moyenne de l coulement est alors estim e en appliquant un facteur de correction qui peut varier entre 0 60 et 0 85 suivant la profondeur du cours d eau et la rugosit du fond et des rives 0 75 est g n ralement la valeur retenue Ce proc d n est cependant pas tr s pr cis Sa pr cision correspond la fourchette du facteur de correction Par un moulinet hydrom trique m canique l ment rotatif Un moulinet hydrom trique l ment rotatif est un instrument de mesure de vitesse de fluide Les moulinets sont class s en deux types e Rotor axe vertical quip d aubes l instrument poss de une roue petites aubes coniques dispos es horizontalement autour de l axe de suspension Photographie 3 2 droite Ces moulinets sont essentiellement destin s la mesure de basses vitesses Ils ont l avantage d avoir des paliers bien prot g s des eaux sablonneuses Le rotor peut tre r par sur le terrain e Rotor axe horizontal h lice une petite h lice tourne autour d un arbre horizontal qui est maintenu parall lement aux lignes de courant par des ailerons de queue Photographie 3 2 56 Petite Hydro lect
318. ons de jaugeage modernes les relev s manuels r guliers ont t remplac s par plusieurs sondes qui enregistrent automatiquement et en continu le niveau De mani re v rifier et calibrer les enregistrements effectu s des mesures de d bit p riodiques sont r alis es sur une p riode de plusieurs mois de mani re prendre en compte aussi bien les p riodes de crue que d tiage La photographie 3 1 montre une station de jaugeage dans une rivi re Photographie 3 1 Station hydrologique dans une rivi re Il est d s lors possible d tablir une courbe de calibrage figure 3 3 permettant de d terminer le d bit de la rivi re en connaissant son niveau Pour tracer cette courbe le niveau et le d bit doivent tre relev s simultan ment Pour mesurer les faibles d bits 1l est fortement recommand d utiliser les donn es qui le relient au coefficient de Manning n La m thode pente section 3 3 3 peut ensuite tre utilis e pour estimer les d bits lev s souvent impossibles mesurer autrement Lorsqu une courbe de calibrage issue d un certain nombre de mesures a t tablie sa formulation math matique peut tre facilement obtenue rendant ais e l interpr tation des mesures de niveau La courbe de calibrage figure 3 3 est repr sent e par la fonction Q a H B 3 1 O aet n constantes H niveau de la rivi re au moment du mesurage ou de l enregistrement B facteur de correction pour obteni
319. orsqu un syst me d irrigation important qui est toujours en fonctionnement fut construit Sichuan en Chine et aux constructeurs d aqueducs de l Empire romain En hydro lectricit les tudes hydrauliques sont n cessaires pour optimiser le chemin d eau en r duisant les pertes d nergie concevoir des d versoirs assurant le passage des crues en toute s curit concevoir des dispositions de dissipation d nergie ad quates en aval des d versoirs contr ler l rosion contr ler des ph nom nes tels que o l instabilit des coulements dans le chemin d eau due des effets hydrodynamiques o l entr e d air dans des conduites en charge o les ondes de pression dans des structures d amen e de longueur importante o les coups de b lier dans les conduites forc es o la cavitation e emp cher l envasement du r servoir l obstruction de la prise d eau et les dommages caus s par les s diments sur le circuit hydraulique et l quipement Une compr hension approfondie de l hydraulique est n cessaire pour r soudre ces probl mes Ce chapitre pr sente les principes fondamentaux de l hydraulique ainsi que l explication de quelques uns des ph nom nes indiqu s ci dessus 2 2 Ecoulement dans les conduites En g n ral l nergie d un coulement d eau est exprim e sous la forme d une charge cette charge correspondant au poids d une colonne d eau ayant la m me nergie Bien qu
320. ort e m me sur un terrain difficile Les inconv nients sont des pertes particuli rement pendant les op rations de remplissage la n cessit de garder le tuyau rempli d eau lorsque la turbine est en maintenance et un entretien important comme par exemple le rev tement par pulv risation de goudron tous les cinq ans Le tableau 5 4 indique les principales propri t s des mat riaux adapt s pour les conduites forc es Quelques unes des donn es ne d pendent pas directement du mat riau particuli rement les valeurs du coefficient de Hazen Williams qui d pendent de l tat de surface du tuyau Figure 5 78 Conduite en acier m cano soud e DJX __ NT emboitement brides manchon 136 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Tableau 5 13 Diff rentes caract ristiques de mat riaux Module d lasticit de Young E N mm E9 Conception hydraulique et exigences structurelles Une conduite forc e est caract ris e par un mat riau un diam tre une paisseur de paroi et un type de Joints e Le mat riau est s lectionn selon les conditions de sol l accessibilit le poids le syst me de Jonction et le co t e Le diam tre est s lectionn pour r duire les pertes de frottement dans la conduite forc e jusqu un niveau acceptable e L paisseur de paroi est s lectionn e pour r sister la pression hydraulique interne maxima
321. ouvernement d cide du niveau souhait d lectricit partir de chaque SER leur taux de croissance sur la dur e et le niveau de s curit de prix long terme offert aux producteurs sur la dur e L appel d offre est accompagn d une obligation sur la proportion d lectricit partir de sources renouvelables que les distributeurs doivent acheter un prix de prestige La diff rence entre ce prix et le prix du march est rembours e la consommation d lectricit A chaque appel d offres les offres les plus rentables seront s lectionn es pour recevoir la subvention Le m canisme am ne par cons quent l option la moins ch re e Mesures fiscales Quelques Etats Membres comme l Autriche la Belgique le Danemark ou le Portugal soutiennent l lectricit renouvelable au moyen d un syst me fiscal Ces dispositifs peuvent prendre diff rentes formes qui vont d une r duction des taxes g n rales sur l nergie r duction sur les taxes d mission sp ciale des propositions pour des taux de TVA plus bas des exemption de taxes pour le fonds vert jusqu des dispositifs de r duction fiscale attractifs qui doivent tre en ligne avec les directives de la Communaut sur l aide de l Etat pour la protection environnementale Concernant les PCH le tableau A 2 labor par ESHA montre les syst mes de promotion des Energies Renouvelables adopt s par les diff rents Etats membres et actuellement e
322. p 9 81200 Les dimensions principales de la roue selon 6 20 6 21 et 6 22 seraient VH V200 RAS 0 31 2 488 n AS 0142410800 104 as m D N on l 60 25 m 197 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 E 0 0950 N 0 0950 _ D 0 4 D 0 4 S0250 0 453 0 595 fm Comme nQE lt 0 164 nous pouvons consid rer que D D 0 595 m Selon l quation 6 28 le coefficient de cavitation serait 2 2 0 1 2715 p V ea e aoa h 2 o H 5 S200 H Selon l quation 6 27 la hauteur d aspiration serait 2 P P 250 Ne 2 6 20 150 ni pg 2 g 1 000 9 81 2 9 81 Une hauteur d aspiration demandant une excavation importante Si nous s lectionnons une Francis tournant 1 000 t min nous aurions no 0 069 D 0 576 m D 1 02m o 0 0305 et H 3 21 m qui ne n cessite pas d excavation Le choix final sera conomique Si l coulement varie de mani re importante une Pelton 4 injecteurs pourrait tre un bon choix Si ce n est pas le cas une Francis 1 000 t min ne n cessitant pas d excavation pourrait tre la meilleure variante Par Vincent Denis MHyLab Jean pierre Corbet SCPTH Jochen Bard ISET Jacques Fonkenell SCPTH et Celso Penche ESHA 2 L Vivier Turbines hydrauliques et leur r gulation Albin Michel Paris 1996 J Raabe Hydro Power The design use and function of hydromechanical hyd
323. pacts sonores Le niveau sonore tol r d pend de l existence d une population proche ou de maisons isol es proches de la centrale Le bruit provient principalement des quipements lectrom caniques multiplicateur g n ratrice pompes dans le cas d une configuration en siphon et parfois des turbines notamment en cas de cavitation Actuellement le bruit l int rieur de la centrale peut tre r duit des niveaux de l ordre de 70 dBA c est dire presque imperceptible l ext rieur du b timent de la centrale Concernant l impact sonore la centrale Fiskeby situ e Norrk ping en Su de peut tre consid r e comme un exemple Le propri taire de l am nagement souhaitait un niveau sonore maximum de 80 dBA l int rieur de la centrale pleine puissance Le niveau sonore externe maximum autoris pendant la nuit tait tabli 40 dBA pour quelques maisons situ es une distance de 100 m environ Pour atteindre ces niveaux sonores 1l a t d cid que tous les composants turbines multiplicateurs et g n rateurs asynchrones proviennent d un seul fournisseur Le cahier des charges sp cifait le niveau de bruit devant tre atteint en plein fonctionnement Pour r pondre ces contraintes le constructeur a adopt les mesures suivantes de tr s petites tol rances dans la fabrication d engrenages des dispositifs d isolation acoustique sur le carter de turbine un refroidissement eau plut t qu
324. pe de conduite C Ciment amiante 140 Fonte Neuve 130 10 ans 107 113 20 ans 89 100 30 ans 75 90 B ton Coul en place coffrages m talliques 140 Coul en place coffrages bois 120 Coul centrifuge 135 Acier Rev tu goudron asphalte 150 Neuf non rev tu 150 Rivet e 110 Bois neuf 120 Mati re plastique 135 140 On peut observer que les r sultats donn s par la formule de Manning diff rent peu de ceux r sultant de l quation de Colebrook except pour les petits diam tres o la perte de charge donn e par Manning est plus lev e que celle donn e par Colebrook En fait les deux formules co ncident pour des valeurs de e D 9 17E 3 et fournissent des r sultats entrant dans une fourchette de 5 pour des valeurs de e D entre 9E 4 et 5E 2 dans la zone turbulente rugueuse Dubois 1998 Dans cette fourchette de d bits la relation entre les coefficients de Darcy Weisbach et Manning est 31 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 2e AP n if ET E DA t b 2 14b En Am rique du Nord pour des conduites ayant un diam tre sup rieur 5 cm et des vitesses inf rieures 3 m s la formule de Hazen Williams est g n ralement utilis e 185 h r J p 2 15 o V est la vitesse d coulement m s D le diam tre m L la longueur de conduite m et C le coefficient de Hazen Williams donn par le tableau 2 3 2 2 2 Pertes d
325. permettant de stocker de nombreuses donn es Le relev par GPS Global Positioning Systems est par ailleurs de plus en plus pratiqu par les g om tres 3 4 5 2 Estimation de la hauteur de chute nette Bien que la chute nette ne corresponde pas une r alit physique 1l est souvent commode de caract riser l nergie massique disposition de la turbine en m Le chapitre 6 2 1 donne tous les l ments th oriques permettant de comprendre la notion d nergie massique De mani re simplifi e et en premi re approche il est possible de dire que la chute nette s obtient en diminuant la d nivellation des pertes de charges provenant des grilles des frottements dans la conduite des courbes vannes etc Il ne faut par ailleurs pas oublier que certains types de turbines restituent l eau au dessus du niveau du plan d eau aval par exemple les turbines Pelton Enfin la vitesse restante en sortie de machine constitue galement une perte d nergie cin tique 66 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Exemple 3 1 Figure 3 34 Conduite forc e exemple 3 1 18 m La figure 3 11 repr sente l installation d une conduite dans un petit am nagement hydro lectrique Le d bit nominal est de 3 m s et la d nivellation de 85 m La conduite forc e est de 1 5 m de diam tre dans le premier tron on et de 1 2 m dans le second Le rayon de courbure du coude est gal
326. petite centrale hydro lectrique soit consid r comme rentable le temps de retour ne doit pas exc der en r gle g n rale 7 ans Toutefois cette m thode de calcul du temps de retour ne permet pas la s lection de diff rentes solutions techniques pour un site donn ou de faire un choix entre diff rents projets qui peuvent tre d velopp s par le m me promoteur En fait cette approche simplifi e ne met pas vidence la notion de marge brute d autofinancement et ne mesure donc pas le rendement de l investissement sur sa vie enti re 20 ans ou 30 ans voir plus En principe les projets avec des temps de retour tr s courts expriment la possibilit de reconstituer les fonds propres rapidement 1ls sont par cons quent moins risqu s pour l investisseur ou les banques qui mettent disposition des financements de moyen et long terme Pour l investisseur lorsque l on utilise cette m thode d valuation conomique 1l est facile de s lectionner le projet qui va rembourser rapidement les emprunts et reconstituer les fonds propres 8 4 1 2 M thode de retour sur investissement rentabilit Le retour sur investissement RSI calcule les b n fices annuels moyens nets des co ts annuels tels que les co ts d amortissement et s exprime comme un pourcentage de la valeur comptable d origine de l investissement RSI recette nette annuelle co ts annuels co ts d investissement x 100 Pour cette formule les f
327. pporter la pression de service Les turbines fonctionnant de cette mani re sont appel es turbines r action Les Francis et Kaplan appartiennent cette cat gorie La pression de l eau est enti rement convertie en nergie cin tique avant d entrer en contact avec la roue et de lui transmettre son nergie L nergie cin tique est v hicul e par un jet haute vitesse s coulant dans des augets mont s sur la p riph rie de la roue Les turbines qui fonctionnent de cette mani re sont appel es turbines action La plus efficace et la plus utilis e est la Pelton chapitre d crit chaque type de turbine class selon des chutes d croissantes et des d bits nominaux croissants Plus la chute est lev e plus le d bit est bas pour une puissance donn e La puissance hydraulique disposition de la turbine est donn e par P Pr 0e W 6 1 p masse volumique de l eau kg m Q d bit m gt s gH nergie hydraulique massique J kg g acc l ration de la pesanteur m s H chute nette m La puissance m canique fournie par la turbine est donn e par Pe EA W 6 2 n rendement de turbine 154 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 6 85 Vue sch matique d un am nagement hydro lectrique et des sections de mesure Bassin de mise en charge A Z d nivellation Turbo g n rateur Bassin de restitution pe Pd z1 p
328. pr sente l avantage de permettre un acc s direct au diff rents composants et notamment l accouplement arbre turbine arbre multiplicateur le multiplicateur lui m me et le g n rateur ce qui facilite l inspection la maintenance et la r paration Cette configuration est connue pour de tr s basses chutes et des d bits lev s avec un diam tre de roue sup rieur 2 m Pour les m mes raisons que pour les turbines Francis les Kaplan doivent avoir un aspirateur L nergie cin tique tant tr s importante fort d bit la qualit de cette partie de la turbine ne doit pas tre n glig e 6 2 2 Vitesse sp cifique et similitude La grande majorit des ouvrages hydrauliques tels que les d versoirs les prises d eau etc sont con us et construits sur la base des r sultats obtenus partir d tudes pr liminaires sur mod le r duit L analyse du comportement de ces mod les se base sur les principes de la similitude hydraulique incluant l analyse dimensionnelle et l analyse hydrodynamique de l coulement de l eau dans un ouvrage hydraulique La conception des turbines ne constitue pas une exception et les constructeurs ont galement recours des mod les r duits Le probl me de la similitude peut tre r sum comme suit Compte tenu des r sultats d essais obtenus pour un certain type de turbine sous certaines conditions de fonctionnement peut on pr voir le comportement hydrodynamique d une machine s
329. ps c Le syst me doit tre con u pour tenir compte du fonctionnement des centrales dans un environnement non surveill On pense au d marrage automatique apr s une perte de r seau d Bien que cela ne soit pas indispensable 1l est recommand de pr voir un syst me de transmission distance des informations et alarmes Des syst mes plus labor s permettent galement de donner des commandes distance 193 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 e Dans le cas d exploitation de plusieurs centrales en cascade le syst me doit tre capable de communiquer avec des unit s similaires en amont et en aval dans le but d optimiser les proc dures de fonctionnement f Des dispositifs d aide la maintenance pr ventive peuvent tre fortement utiles pour anticiper les incidents et effectuer les travaux de pr vention n cessaires On pense par exemple des syst mes de contr le des vibrations Il est conseill de concevoir le syst me selon les modules suivants e Un module de conversion analogique num rique pour transformer les signaux de mesure du niveau d eau de la position de l organe de r glage de d bit de la puissance instantan e des temp ratures de paliers etc e Un module de conversion num rique analogique pour commander les vannes les enregistreurs etc e Un module de comptage des kWh produits e Un module de t l m trie fournissant une inter
330. ps et les probl mes associ s tout projet Le choix entre diff rents projets s effectue g n ralement en s lectionnant le taux de rentabilit interne le plus lev G n ralement le taux de rentabilit interne est d fini par it ration le cash flow ou flux de tr sorerie net sur la dur e de vie du projet est calcul pour diff rents taux d actualisation jusqu ce que sa valeur soit r duite z ro Les tableurs utilisent une s rie d approximations pour calculer le taux de rentabilit interne Les exemples suivants montrent comment appliquer ces m thodes un am nagement hypoth tique de petite centrale hydro lectrique 8 4 3 Exemples 8 4 3 1 Exemple A Capacit install e 4 929 kW Productible annuelle estim e 15 750 MWh Recette annuelle de la premi re ann e 1 005 320 Il est suppos que le prix de l lectricit va augmenter chaque ann e d un point de moins que le taux d inflation Le co t estim du projet en est comme suit 1 Etude de faisabilit 6 100 2 Ma trise d uvre 151 975 3 G nie civil 2 884 500 4 Equipement lectrom canique 2 686 930 5 Installation 686 930 Sous total 6 416 435 D penses non pr vues 3 192 493 Investissement total 6 608 928 Le co t d investissement par kW install est gal 6 608 928 4929 1 341 kW Le co t d investissement annuel du MWh produit est de 420 MWh Le co t de fonctionnement et maintenance
331. que 0 014 Ma onnerie 0 015 Asphalte 0 016 M tal oxyd 0 022 Ma onnerie en moellons bruts 0 025 Tableau 5 12 Profil optimum pour diff rentes sections de canal Section Section P rim tre Rayon Largeur Profondeur de canal mouill hydraulique au miroir d eau A P R T d Demi hexagone 1 73 y 3 46 y 0 500 y 2 31 y 0 750 y Trap zo dal Rectangle 2 y 4y 0 500 y 2y y demi carr Triangle y 2 83 y 0 354 y 2y 0 500 y demi carr Demi cercle 0 57y T Y 0 500 y 2 y 0 250 ry Voir aussi tableau 2 5 127 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Exemple 5 1 En consid rant une profondeur d coulement de 1 m une largeur de radier de canal de 1 5 m des berges de pente 2 1 une pente de lit de 0 001 et un coefficient de Manning de 0 015 on d termine le d bit Q et la vitesse moyenne V Selon le tableau 2 5 pour b 1 5 z 1 2 et y 1 A b zy y 1 5 0 5x1 x1 2m En ee IE On applique 5 12 pour A 2 et P 3 736 5 3 O rs are V0 00 2 78m s V Q A 2 78 2 1 39 m s Exemple 5 2 On d termine la pente en connaissant le d bit et les dimensions du canal Pour un canal rev tu ayant une surface de ciment lisse n 0 011 un radier de largeur 2 m des berges de pente 1 2 et une profondeur d eau uniforme de 1 2 m on d termine la pente de lit pour un d bit de 17 5 m s On applique les formules du tableau 2 5 b 2m z 2 m y 1 2 m A b zy y
332. que par le constructeur Le rendement d une Pelton est satisfaisant de 20 100 du d bit maximum pour une turbine un injecteur et de moins de 10 100 pour une turbine 2 injecteurs ou plus Photographie 6 34 Roue de turbine Pelton Turbine Turgo La turbine Turgo peut fonctionner sous une chute de 50 250 m Comme la Pelton elle est action toutefois ses augets sont diff rents le jet d eau arrivant sur l aubage avec un angle de 20 environ relativement au plan de la roue L eau entre dans la roue par un c t et en ressort de l autre figure 6 7 Elle peut fonctionner entre 20 et 100 du d bit nominal mais son rendement est nettement plus faible que celui des turbines Pelton et Francis voir 6 2 5 157 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 6 89 Principe d une turbine Turgo aubes de roue Pour une m me d nivellation et une m me chute la turbine Turgo a une vitesse de rotation plus lev e La Turgo peut tre une alternative int ressante la Francis lorsque le d bit varie de fa on importante ou lorsque la conduite forc es est tr s longue puisque le d flecteur permet d viter l emballement tout en limitant le coup de b lier Turbines flux traversant La turbine flux traversant connue galement comme Banki Michell ou crossflow est utilis e pour une large gamme de d nivellations de 5 200 m couvr
333. ques de diff rentes sections de canal et le tableau 2 6 extrait de Straub 1982 pr sente les formules empiriques utilis es pour estimer y dans un canal non rectangulaire Exemple 2 6 Dans un canal de section trap zo dale o b 4 5 m et z 2 m calculer la profondeur critique de l coulement pour un d bit de 17m s A partir du tableau 2 6 on a y aQ g 29 46 pour a 1 La solution est applicable pour 0 1 lt q b lt 0 4 comme Q b 0 19 elle est bien applicable Y 0 27 b 30z L estimation de la profondeur critique et des profondeurs en r gime torrentiel et fluvial permet la d termination du profil de la surface libre dans les cas suivants augmentation soudaine de la pente d un canal surface libre en amont d une vanne d versoirs etc 46 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Tableau 2 5 Caract ristiques g om triques de diff rents profils de canal T T lt E D 2 Aire A by b zy y rA P send D P rim tre mouill P b 2y b 2yV1 7 1 20D Largeur sup rieure de la section b b 2zy 2 y D y y Vr D y _ Rayon hydraulique R by tyy 1s sen p b 2y b 2yy1 z 4 b 2y se no Profondeur hydraulique D y Io b 2zy se n2 Facteur de section b 2 V2 0 sen 0 p25 1 9 3 b 2zy 324 sen 0 Voir aussi Tableau 5 12 Tableau 2 6 Formules empiriques utilis es pour estimer y
334. r un niveau inf rieur 0 5 m s Param tres d coulement Les effets du d bit r serv sont mesur s l aide d un mod le A partir de l des mesures correctives en vue de la construction peuvent tre engag es PHABISM Cette m thode se base sur la connaissance de la combinaison de param tres profondeur d eau vitesse d coulement temp rature et s diments pr f r s par la majorit des esp ces de poissons Une fois ces param tres d finis le d bit n cessaire peut tre calcul la fois de mani re technique et en r f rence aux esp ces de poissons prises en compte 216 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Estimation de la ressource biologique minimum Habitat Prognoses Model Ce mod le a t d velopp dans le but de limiter les co ts li s la d termination des d bits r serv s dans des cas difficiles n cessitant des investigations particuli res Le mod le fonctionne sur la base de param tres d agr gats morphologiques moins nombreux et le d bit r serv pour la biog n se peut tre estim par ordinateur Des valeurs seuil de d bit cologique minimum et d nergie pouvant tre produite de fa on conomique sont d termin es Le d bit r siduel final d pend de ces deux valeurs et doit galement viter toute d gradation par rapport aux conditions courantes La valeur du d bit r serv ne peut cependant tre s
335. r exemple le d bit moyen est estim en effectuant un bilan sur le bassin versant la quantit d eau annuelle moyenne long terme s coulant peut tre consid r e gale la diff rence entre la pr cipitation annuelle moyenne standard PAMS et l vaporation r elle ER Les valeurs de PAMS pour le bassin ainsi qu une vaporation potentielle sont estim es partir des cartes de pr cipitations et d vaporation potentielle EP L vaporation r elle est estim e partir de l vaporation potentielle en utilisant un facteur d chelle r o r augmente avec PAMS Pour des bassins ayant une pr cipitation moyenne annuelle d au moins 850 mm par an on consid re que l vaporation r elle est gale l vaporation potentielle La relation entre r et PAMS est donn e par r 0 00061 x PAMS 0 475 pour PAMS lt 850 mm tr 1 0 pour PAMS gt 850 mm L vaporation r elle est calcul e en utilisant RE r x EP La profondeur moyenne annuelle d coulement PMAE en millim tres consid r e sur un bassin hydrologique Surface en km est convertie en d bit moyen en m s par Qm PMAE x Surface 31536 Bien que le d bit moyen annuel donne une id e du potentiel d un cours d eau une connaissance plus approfondie de son r gime de d bit comme celle obtenue partir d une courbe de d bits class s reste n cessaire La courbe de d bits class s d pend du type de sol sur lequel la pluie tombe
336. r une longueur d environ 100 diam tres est dissip par un frottement visqueux La perte de charge dans un coude d pend du rayon de la courbe et du diam tre de la conduite De plus du fait de la circulation secondaire il y a une perte par frottement secondaire qui d pend de la rugosit relative e D La figure 2 8 prise partir de la r f rence 3 donne la valeur de K pour diff rentes valeurs du rapport R D et diff rentes rugosit s relatives e D Il existe galement un consensus g n ral sur le fait que dans des conduites en acier sans soudure la perte dans des courbes d un angle inf rieur 90 est sensiblement proportionnelle l angle du coude 36 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Le probl me est extr mement complexe lorsque des coudes successifs sont plac s l un apr s l autre avec une proximit emp chant la stabilisation de l coulement Ce cas est rarement rencontr dans les petits am nagements hydro lectriques 2 224 Perte de charge dans les vannes Des vannes sont utilis es dans les am nagements hydro lectriques pour isoler un composant du reste Elles sont donc enti rement ferm es ou enti rement ouvertes La r gulation de d bit est assur e par les aubes du distributeur les pales de la roue ou les vannes pointeau de la turbine La perte de charge produite par l coulement travers une vanne ouverte d pend du type de vanne
337. r L des barreaux est inf rieure 5 fois leur diam tre Si la grille n est pas perpendiculaire mais fait un angle B avec l coulement 6 aura une valeur maximum de 90 pour une grille situ e sur la paroi lat rale d un canal une perte de charge suppl mentaire se produira Le r sultat de l quation 2 16 doit tre multipli par un facteur de correction x fourni dans le tableau 2 4 selon Mosonyi Tableau 2 4 Pertes suppl mentaires dans les grilles pour des approches non perpendiculaires t b 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 p Co io f o non 100 roo non 10 roo 1m Cas 2a 262 290 326 ama aan sos 2202 Perte de charge lors d une contraction ou d un largissement brusques BECAN EE E EESE Lorsque la conduite subit une contraction brusque il y a une perte de charge due l augmentation de vitesse de l eau et la turbulence grande chelle g n r e par le changement de g om trie L coulement est si complexe qu il est actuellement impossible de fournir une analyse math matique du ph nom ne La perte de charge est estim e en multipliant l nergie cin tique dans la conduite la plus troite section 2 par un coefficient K qui varie avec le rapport de contraction d D 33 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 F2 h K 2g N 4 2 17 Pour un rapport sup rieur d D 0 76 K s
338. r de projet doit pr senter dans son tude d impact la valeur qu il propose et la m thode de calcul Mais comme 1l est indiqu en d tail dans le chapitre 7 les formules sont nombreuses et leur nombre a tendance augmenter r guli rement Ceci pose un probl me r el au l gislateur qui doit fixer une r glementation et pour des cas concrets 1l est difficile d avoir des valeurs de r f rence ou des formules appliquer Les principaux types de m thodes d taill s dans le chapitre 7 sont e M thodes bas es sur des valeurs statistiques ou hydrologiques e Formules bas es sur la vitesse et la profondeur de l eau e M thodes bas es sur un am nagement plusieurs objectifs prenant en consid ration les param tres cologiques A l int rieur d un groupe de m thodes donn les diff rences de r sultats peuvent tre significatives d une m thode l autre Il n y a pas de comparaison globale possible entre ces groupes de m thode parce qu elles ne se reportent pas aux m mes donn es Il est uniquement possible de comparer les r sultats de diff rents types de m thodes pour des cas r els dont toutes les donn es n cessaires sont connues L application de 24 m thodes diff rentes une rivi re pente large et basse a donn 24 r sultats diff rents Le rapport entre la valeur maximale et la valeur minimale du d bit r serv tait de 192 M me lorsque les quatre r sultats les plus lev s et le
339. r le niveau r el Le calcul de B voir figure 3 2 s effectue de la mani re suivante Q a Hi B Q a H2 B 54 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 3 26 Courbe de hauteur d bit d bit On consid re alors un d bit Q d fini comme la racine carr e du produit de Q et Q2 ce qui peut tre exprim comme suit Q V0 O0 alH 8B JalH B a l H B La valeur H est lue sur la courbe de calibrage Il en ressort que H B H B H B D o H 3 H 11 2 Er 3 2 H H 2H Cette technique fait l objet de normes ISO 3 3 1 1 Mesure de la section transversale Pour calculer la section transversale d un cours d eau naturel 1l faut la diviser en s ries de trap zes figure 3 4 Apr s mesure des c t s des trap zes la section transversale est donn e par 3 3 55 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 3 27 Mesure de la section transversale Mire R gle horizontale CE pd Encoches quidistantes quidistantes 3 3 1 2 Mesure de la vitesse La vitesse de l eau n tant pas constante dans la section 1l est n cessaire de la mesurer en plusieurs points pour obtenir une valeur moyenne Diff rentes mani res sont utilisables dont deux d entre elles sont expliqu es ci apr s Par un flotteur Un objet flottant largement immerg par exemple des bouch
340. r le plus souvent possible au meilleur rendement L utilisation de plusieurs turbines plus petites permet galement de r duire le poids et le volume de chaque unit ainsi que d en faciliter le transport et l assemblage sur le site De plus r partir le d bit maximum sur plusieurs unit s permet galement de choisir une vitesse de rotation plus lev e ce qui est un avantage en terme de co t de la machine lectrique et peut conduire viter un multiplicateur de vitesse Enfin le fait de disposer de plusieurs groupes permet de ne pas stopper la production lors des r visions 174 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Q m s 100 RS SN ND 1 NONAONS CTI IL o ASU 10 SIDAN OSEN L lt X Nini Da HoA A D DEA HAA S Da TC rpe D e N N TTEN AN N d 4 1 Pit N t NE S HER FEINA O ETTA TR A 5 A y f H ai Ne l RIRN XIE D it Fait REA dam aee a A zA 7 1 4 1 Figure 6 108 Domaine d utilisation des diff rents types de turbines Coe ean E a eE EEEE Ao Ce 5 7 10 20 30 50 70 100 200 300 50 LS 0 S Dans le cas de variations de d bit importantes sous une chute moyenne une Pelton multijet ayant une vitesse de rotation basse mais un rendement lev s sur une large plage de fonctionnement pourra tre pr f r e une turbine Francis Une remarque similaire peut gal
341. r les autorit s riveraines correspondantes en Espagne il en existe 14 Dans les faits jusqu aujourd hui seule une autorit riveraine celle du Pays Basque a labor un programme de calcul pour la fixer France Le d bit minimum ne doit pas tre inf rieur 1 10 du module de la rivi re correspondant au d bit moyen inter annuel valu partir d informations disponibles selon une p riode de cinq ans minimum ou au d bit r serv de l ouvrage imm diatement en amont si celui ci est inf rieur Toutefois pour les rivi res ou tron ons de rivi re dont le module est sup rieur 80 m s un arr t du Conseil d tat peut pour chacun d eux fixer un d bit inf rieur ces valeurs qui ne doit toutefois pas tre inf rieur 1 20 du module Italie Les r glementations de d bit r serv sont fix es par les autorit s du bassin hydrologique ou par les autorit s r gionales Il existe beaucoup de r glementations auxquelles il faut se conformer En g n rale la tendance est aux m thodes hypsographiques accompagn es de facteurs de correction La r glementation est actuellement en cours de r vision Autriche L Autriche n a pas de m thode g n rale tablie mais des approches pour obtenir une valeur correcte Habituellement la d cision est prise par un expert officiel dans le cadre de la proc dure d autorisation et cela peut conduire des r sultats variables tant donn que l
342. ra n s par le lessivage de mat riaux argilif res Comme illustr par les exemples suivants une fois que le profil de canal a t s lectionn il est facile de calculer son d bit maximum Photographie 5 28 Canal dans les Cordi anes Photographie 5 29 D versoir lat ral zar es 132 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Pour s assurer que le canal ne d borde jamais et ne compromette la stabilit des berges un d versoir lat ral comme sur la photographie 5 17 doit tre install tout en pr voyant une revanche importante Avant de d cider d finitivement du trac du canal un g ologue doit soigneusement tudier la g omorphologie du terrain La photographie 5 18 montre clairement comment une crue peut endommager un canal d amen e 6 m de large et 500 m de long dans un am nagement de 2 MW Une crue est survenue laquelle s est r v l e tre par la suite une crue centennale Lors de la crue le canal amont tait vide et des sous pressions ont d truit le canal On doit aussi prendre en compte les genres d accidents d taill s dans le chapitre 4 section 4 4 Photographie 5 30 El vation Photographie 5 31 Canal autoport Obstacles contourner Des obstacles peuvent survenir le long du trac d un canal et pour les contourner 1l est n cessaire de passer par dessus autour ou par dessous La travers e d un cours d eau ou d
343. ra alors traduire cela dans les calculs de fa on diff renci e 8 2 Consid rations de base L estimation du co t d investissement constitue la premi re tape d une valuation conomique En premi re approche l estimation de co t peut tre bas e sur le co t d un am nagement tel que calcul par IDAE Instituto para la Diversificacion y Ahorro de Energia Espagne lequel travers sa publication Minicentrales Hidroel ctricas analyse le co t des diff rents composants d un am nagement hydro lectrique d versoir prise d eau conduite forc e centrale turbines et g n ratrices transformateurs et lignes de transport J Fonkenell a galement publi des valuations de co ts pour des am nagements de basse chute Le Departamento Nacional de Aguas e Energia Electrica DNA EE a d velopp un programme informatique FLASH pour des tudes de faisabilit de petite centrale hydro lectrique Il existe des progiciels pour r aliser l analyse conomique d un site potentiel Des progiciels pour PC tels que HydrA et Hydrosoft sont disponibles sur Internet et peuvent tre t l charg s Quelques uns sont limit s des r gions particuli res ou des pays tandis que d autres sont plus g n riques Le RETScreen Pre feasibility Analysis Software est un outil g n rique disponible gratuitement avec un manuel d utilisateur on line Il permet d effectuer une valuation pr liminaire de
344. rage quip de vannes secteur d une prise d eau int gr e figure 1 3 d une centrale et d une passe poissons Figure 1 3 Am nagement basse chute int gr dans le barrage vanne secteur l vation HE a A coulement d eau 7 coulement d eau A gl A passe poissons A al vue en plan treuil de commande an N A vanne secteur vanne secteur ANNE En lt m A d grilleur passe poissons R rilles lit de la rivi re g vue en l vation grille amont SECTION A A 14 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 1 3 2 Am nagements en pied de barrage Pour des raisons conomiques un petit am nagement hydro lectrique n est en g n ral pas compatible avec un grand r servoir permettant d exploiter la centrale au moment le plus appropri S1 par contre le r servoir a d j t construit d autres fins contr le des crues r seau d irrigation alimentation en eau d une grande ville zone de loisirs etc 1l peut tre possible de produire de l lectricit en turbinant soit un d bit compatible avec son utilisation premi re soit le d bit r serv des fins cologiques sortant de la retenue La question principale est de savoir comment implanter la turbine sur site Si le barrage comporte un ouvrage de fond comme sur la figure 1 4 la solution est vidente Figure 1 4
345. rais Hidrel ctricas 19 M Bouvard Mobile barrages and intakes on sediment transporting rivers IAHR Monograph AA Balkema 1984 20 Sinniger amp Hager Constructions Hydrauliques PPUR Lausanne 1989 Par Erik Bollaert LCH EPFL Jonas Rundqvist SERO et Celso Penche ESHA J L Brennac Les Hausses Hydroplus ESHA Info n Et 1993 USBR Design of Small Dams 3 d Denver Colorado 1987 Un de ceux l le SSSS Serpent Sediment Sluicing System a t d crit en d tail dans la publication 9 printemps t 1993 de ESHA Info Dans la publication ESHA NEWS de printemps 1991 il existe une description d une telle vanne 150 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 6 EQUIPEMENT ELECTROMECANIQUE Ce chapitre d crit de mani re succincte les principaux quipements lectrom caniques et donne quelques r gles de conception pr liminaire ainsi que quelques crit res de s lection Pour obtenir une description plus technique le lecteur est invit se reporter aux ouvrages de L Vivier J Raabe et autres publications 7 8 19 6 1 Centrale Le r le de la centrale est de prot ger l quipement lectromagn tique qui convertit l nergie potentielle de l eau en lectricit Le nombre de groupes le type la puissance et la configuration des turbines la d nivellation exploitable et la g omorphologie du site d
346. rais d amortissement sont calcul s tr s simplement en utilisant la m thode de l amortissement constant Frais d amortissement investissement valeur finale dur e de vie Utiliser le RSI peut apporter une estimation rapide des profits nets du projet et peut fournir une base pour la comparaison de diff rents projets en concurrence Avec cette m thode d analyse les recettes sur la dur e de vie utile totale du projet sont consid r es l inverse de la m thode du temps de retour sur investissement qui prend en compte uniquement la p riode pour r cup rer l investissement original Toutefois la m thode RSI utilise des donn es de b n fice plut t que de cash flow ou flux de tr sorerie et elle ignore compl tement la valeur temporelle de l argent Pour 241 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 cela la valeur actualis e du projet tout comme son taux de rentabilit interne doivent tre consid r s 8 4 2 M thodes dynamiques Ces m thodes d analyse financi re prennent en consid ration les co ts totaux et les b n fices sur la vie de l investissement et la d termination des recettes dans le temps 8 4 2 1 M thode de valeur actuelle nette VAN La m thode de type VAN permet le classement de propositions diverses d investissements La valeur actuelle nette est gale la valeur actuelle des recettes futures actualis e un co t d acc s
347. rapport doit couvrir au moins entre autre l exp rience acquise et le progr s r alis dans la cr ation d un march de l lectricit int rieur totalement op rationnel et complet et les obstacles qui restent incluant les aspects de la pr dominance du march la concentration du march les comportements pr dateurs ou anti concurrentiels et l effet de cela en terme de distorsion du march La Commission doit au plus tard le 1 janvier 2006 transmettre au Parlement europ en et au Conseil un rapport d taill exposant les progr s r alis s dans la cr ation du march int rieur de l lectricit Le rapport doit en particulier consid rer l existence d un acc s au r seau non discriminatoire A4 MARCHE INTERIEUR DE L UE Le dernier rapport de la Commission europ enne sur les avanc es et les succ s de la mise en uvre du march int rieur d lectricit en UE montre la situation comme suit e Mise en uvre de la Directive sur l Electricit Bien que des progr s aient t r alis s dans le secteur de l lectricit depuis 2001 en terme de fonctionnement g n ral du march 1l existe encore quelques domaines causant des difficult s particuli res Taux diff rentiels d ouverture de march r duisant la port e des b n fices de la concurrence aux clients Disparit s dans les tarifs d acc s entre les op rateurs de r seau qui en raison du manque de transparence peuvent former
348. raulic and electrical equipment VDI Verlag 1985 ISBN 3 18 400616 6 T Jacob Machines hydrauliques et quipements lectro m caniques EPFL 2002 V Denis Petites centrales hydro lectriques EPFL 2002 Office F d ral des questions conjoncturelles Turbines hydrauliques Berne 1995 ISBN 3 905232 54 5 7 Office F d ral des questions conjoncturelles G n rateurs et installations lectriques Berne 1995 ISBN 3 905232 55 3 8 Office F d ral des questions conjoncturelles R gulation et s curit d exploitation Berne 1995 ISBN 3 905232 56 1 A Harvey Micro Hydro design manual A guide to small scale water power schemes Intermediate technology Publications London 1993 ISBN 1 85339 103 4 1 Soci t hydrotechnique de France Design construction commissioning and operation guide Mai 1985 198 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 l F de Siervo amp A Lugaresi Modern trends in selecting and designing Pelton turbines Water Power amp Dam Construction D cembre 1978 2 F de Siervo amp F de Leva Modern trends in selecting and designing Francis turbines Water Power amp Dam Construction Ao t 1976 B F de Siervo amp F de Leva Modern trends in selecting and designing Kaplan turbines Water Power amp Dam Construction D cembre 1977 Janvier 1978 4 A Lugaresi amp A Massa Designi
349. ravers diff rentes approches Les pays de PUE estiment qu il est possible en tenant compte des contraintes environnementales et conomiques d augmenter la puissance install e de 1 111 MW en menant des actions de r novation r habilitation et ou augmentation de puissance des sites existants soit une production annuelle suppl mentaire de 4 518 GWh De m me un potentiel inexploit valu 4 828 MW en faveur de nouvelles unit s est estim permettant une production suppl mentaire de 19 645 GWh L estimation de l augmentation de puissance install e sans tenir compte des contraintes conomiques et environnementales est selon cette tude le double des valeurs indiqu es ci dessus soit 2 080 MW ou 8 100 GWh an par le biais de la r novation des centrales existantes et 9 615 MW soit 38 058 GWh an gr ce la r alisation de nouvelles unit s L obtention de l objectif th orique 46 158 GWh an conduit une r duction annuelle de 20 millions de tonnes d missions de CO Malheureusement la situation actuelle et la tendance en cours montrent que les objectifs num r s ci dessus ne seront pas atteints et ce principalement parce que les proc dures d autorisation administrative pour l exploitation des ressources hydrauliques ne seront pas acc l r es Un grand nombre de dossiers de demandes d autorisation pour l exploitation de sites hydro lectriques sont actuellement en cours d instruction Les conflits au
350. rbine en maintenance ou r paration etc On a donc recours des vannes dont les principaux types sont les suivants 121 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 e Des batardeaux constitu s de bois plac s horizontalement e Des vannes coulissantes en fonte acier plastique ou bois e Des vannes clapet avec ou sans contrepoids e Des vannes sph riques vannes guillotines et vannes papillons Dans la majorit des cas l entr e d eau int gre une vanne t l command e comme syst me de garde situ en amont de la turbine et pouvant tre ferm pour permettre la mise sec du conduit d amen e Cette vanne doit tre con ue de mani re pouvoir couper le d bit maximum de la turbine m me l emballement en cas de perte du r seau et elle doit pouvoir tre ouverte partiellement avec la chute maximum pour permettre le remplissage de la conduite Pour les basses chutes le type le plus simple de vanne est le batardeau des pans de bois sont plac s horizontalement et maintenus chaque extr mit dans des glissi res Ils ne peuvent pas contr ler le d bit et sont utilis s uniquement pour l arr ter Si l coulement doit tre arr t compl tement lorsqu une r paration est n cessaire en aval l utilisation de deux jeux de batardeaux parall les est conseill e Ils doivent tre s par s d environ 15 cm de telle sorte qu un mat riau de colmatage puisse t
351. re environ un tiers de la profondeur d eau d finie avec un minimum de quinze centim tres Pour emp cher un d bordement du canal 1l est possible d installer des d versoirs espac s de fa on appropri e l eau en exc s est vacu e via le d versoir vers un lit de rivi re existant ou vers une rigole A noter que la meilleure section hydraulique ne pr sente pas n cessairement le co t le plus bas d excavation Si le canal n est pas rev tu la pente des berges maximale est d termin e par la pente laquelle le mat riau restera stable sous l eau de mani re permanente Les berges en argile peuvent admettre une pente de rapport vertical horizontal de 34 alors que des sols sablonneux doivent avoir des pentes plus plates 1 2 Le tableau 5 3 d finit pour les sections de canal les plus communes le profil optimum en fonction de la profondeur d eau ainsi que les param tres de ce profil 126 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Tableau 5 11 Param tres hydrauliques pour des sections transversales de canal conventionnelles Type de canal n de Manning Canaux de terre excav s Propre 0 022 Graveleux 0 025 Herbeux 0 030 Caillouteux galets ou courants naturels 0 035 Canaux rev tus artificiellement Bronze 0 011 Acier lisse 0 012 Acier peint 0 014 Acier rivet 0 015 Fonte 0 013 B ton bien fini 0 012 B ton brut 0 014 Bois rabot 0 012 Bri
352. re introduit entre eux Les vannes levantes ou coulissants sont g n ralement utilis es dans les am nagements basse chute par exemple pour contr ler l coulement dans des canaux ouverts C est le mode de contr le de d bit utilis dans les structures d adduction dans lesquelles si n cessaire l coulement peut tre arr t compl tement pour permettre leur vidange Les vannes de type coulissante en fonte sont les plus utilis es pour les ouvertures de moins de deux m tres carr s Pour les ouvertures plus grandes elles sont en acier ce qui est plus conomique Les vannes de type guillotine sont rarement utilis es comme vanne de s curit dans des conduites forc es parce qu elles sont trop longues fermer Le dispositif de fermeture glisse entre deux guides l int rieur de la vanne Figure 5 70 Dispositif d arr t en forme de coin Photographie 5 23 Vanne de r gulation et d versoir lat ral roue manuelle ON Dispositif d arr t en forme de coin 122 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 La pression d eau qui pousse le dispositif d arr t contre son si ge rend le fonctionnement de la vanne difficile lorsque qu elle est utilis e dans une conduite de haute pression Ce probl me est vit l aide d un dispositif de fermeture en forme de coin figure 5 25 de sorte que le joint soit d coll des glissi res d s l ouverture de la vanne
353. re pris en compte Il est en terme environnemental aberrant de constater que les centrales thermiques de forte puissance en raison de leur taille et de leur poids conomique voient leurs dossiers instruits en hauts lieux et que par dans certains cas leur impact environnemental au combien plus important qu une PCH ne peut tre r duit Au contraire un am nagement hydro lectrique de petite puissance par exemple soumis autorisation comme tous les am nagement de puissance inf rieure 4 500 kW en France dont l impact environnemental aussi bien en terme visuel ou sonore qu en terme de r duction des mission de gaz effet de serre GES est bien moins important qu une centrale thermique est instruit des niveaux administratifs locaux sur lesquels l influence de groupes de pression des associations de p che des cologistes etc est plus grande Il n est pas difficile d identifier les impacts mais 1l n est pas vident de faire les bons choix concernant les mesures compensatoires mettre en uvre car elles sont habituellement dict es par des arguments subjectifs Il est par cons quent vivement recommand d tablir un dialogue permanent avec les autorit s comp tentes la toute premi re tape de conception d un projet M me si cette appr ciation doit tre consid r e diff remment d un projet l autre 1l est utile de disposer de cahiers des charges techniques qui aideraient le concepteur
354. res peuvent tre compar es en utilisant une repr sentation standardis e Les d bits sont tout d abord divis s par la surface du bassin versant 63 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 correspondant puis par la pr cipitation moyenne annuelle pond r e sur le m me bassin versant Les d bits r sultants en m s ou litres s par unit de surface et par unit de pr cipitation annuelle typiquement m s km m peuvent tre directement compar s La figure 3 10 montre vingt courbes de d bits class s standardis es chacune correspondant un bassin versant de composition g ologique diff rente Les chelles utilis es sont logarithmiques La forme des courbes repr sentant une r gion donn e est directement influenc e par la g ologie superficielle des bassins Si on standardise les courbes de d bits class s de diff rents bassins en les rapportant leur d bit moyen respectif il est possible d utiliser des valeurs statistiques de bas d bit tels que Q95 pour d crire l entier de la courbe Figure 3 33 Exemple de courbes de d bits class s standardis es 1000 100 10 d bits sp cifiques DIN PL 11111 2 JE 0 1 2 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95 99 pourcentage de temps pendant lequel le d bit est atteint ou d pass Une autre m thode de standardisation des courbes de d bits class s est de repr senter le d bit en pourc
355. ricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 6 3 2 Caract ristiques du multiplicateur Le b ti du multiplicateur engrenage doit tre con u pour garantir l alignement de ses composants dans toutes les conditions de fonctionnement Il est g n ralement fabriqu en acier soud et comporte diff rents raidisseurs permettant de reprendre le couple de la turbine et la pouss e axiale hydraulique sans d formation apparente Un l ger manque de synchronisme un arr t brusque coupure du r seau ou tout autre incident du syst me g n re des contraintes critiques tr s lev es sur les engrenages Pour le prot ger le multiplicateur de vitesse doit int grer un limiteur de couple agissant lorsqu une force anormale survient Il faut galement remarquer que les multiplicateurs sont fortement sollicit s en phase de d marrage de la turbine au moment de la connexion au r seau Pour garantir le niveau requis de fiabilit une bonne lubrification est essentielle Il est tr s important que la qualit le volume la viscosit et la temp rature de l huile restent toujours dans les limites des sp cifications Un syst me de lubrification double avec deux pompes de circulation et deux filtres huile contribuent par exemple la fiabilit du syst me La qualit d ex cution des dents des engrenages est galement primordiale Il faut en effet pouvoir garantir que le contact s effectue sur toute la longueur des dent
356. ricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 gauche L instrument est lest pour tre maintenu aussi directement en dessous de l observateur que possible Ce type de moulinet pr sente l avantage de peu perturber l coulement autour du point de mesure impliquant ainsi une bonne pr cision et d tre galement peu sujet un encombrement par des mat riaux solides Photographie 3 2 Moulinets hydrom triques l ments rotatifs Chaque tour d h lice est comptabilis sur une courte p riode 1 ou 2 minutes Ces observations sont converties en vitesse de l eau selon une courbe d talonnage de l instrument En d pla ant le moulinet verticalement et horizontalement suivant une s rie de positions dont les coordonn es dans la section transversale sont d termin es de mani re tr s pr cise on peut tracer une carte de vitesses compl te dans la section transversale et ainsi calculer le d bit qui la traverse Dans le cas de rivi res moyennes ou grandes les observations pourront tre effectu es en descendant le moulinet partir d un pont Toutefois si le pont n est pas une seule trav e les piliers entra neront une turbulence en aval et en amont pouvant entra ner des erreurs consid rables Cette situation est cependant rare dans la mesure o l on choisira en g n ral un site de jaugeage sur un tron on de rivi re aussi droit et uniforme que possible Si ces mesures sont effectu
357. rman a trouv pour le coefficient f 1 EVEA 2 log If Lu e Entre ces deux cas extr mes la conduite ne se comporte n1 de mani re enti rement lisse n1 de mani re enti rement rugueuse Colebrook et White ont propos l quation suivante pour ce cas 2 8 eiD 2 51 T 2 log 37 t Rf 2 9a 2 9b Les formules 2 7 et 2 9 sont difficiles r soudre ce qui a amen Moody mettre au point le diagramme bien connu Coefficients de frottement des coulements dans les conduites figure 2 14 Ce diagramme d finit quatre zones d coulement diff rentes I Une zone d coulement laminaire surface grise dans le diagramme o f est une fonction lin aire de R quation 2 5 2 Une zone critique mal d finie zone ombr e 3 Une zone de transition commen ant avec des conduites lisses quation 2 7 et finissant en trait till o f d pend la fois de R et e D quation 2 9a 4 Une zone de turbulence o f d pend exclusivement de e D quation 2 8 Exemple 2 2 Calculer en utilisant le diagramme de Moody la perte par frottement dans une conduite en acier soud d un diam tre de 900 mm sur une longueur de 500 m parcourue par un d bit de 2 3 m s La vitesse moyenne de l eau est 4Q x D 1 886 m s A partir de la table 2 1 e 0 6 et par cons quent e D 0 6 900 0 000617 ReNr DV v 0 9 x 1 886 1 31 1 3 x 10 v 1 31 10 26 Pe
358. rmet ainsi de simplifier le calcul HV tytar Il peut tre d montr que l v ler 1 1 ft r j r l r r An 8 3 Si C est la recette annuelle re ue et PVA la valeur actualis e globale prenant en compte l ensemble des annuit s re ues avec le taux d actualisation r la formule suivante donne le r sultat final pour le calcul de la recette actualis e totale j 1 i n n n a l a PVA C l c LE c m a l r r r E 8 4 La notion de valeur actualis e permet d valuer le montant des recettes li es aux ventes annuelles de la PCH pour l investisseur Avec un prix de vente du kWh de 4 cts et une production annuelle de 1 000 000 kWh la recette par an annuit est de 4 000 Quelle sera la valeur de ces recettes sur 10 ans pr sent avec un taux d actualisation de 8 pour l investisseur A nouveau en appliquant la formule 8 4 et le tableau 8 1 on obtient l pe o anne 110 PVA 10 4000 r 4000 6 7101 26840 4 239 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets Tableau 8 28 d actualisation r o Paiement unique S ries de paiement de m me valeur O I A LU R ND R ND D D D D DD nn nm mm mm em iQ O OO IN LR YO D mm CO OO D IA ARA YO D nm CS OO DIN R SO D 6 0 9434 0 8900 0 8396 0 7921 0 7473 0 7050 0 6651 0 6274 0 5919 0 5584 0 5268 0 4970 0 4688 0 4423 0 4173 0
359. ro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Perte de charge par frottement dans la conduite forc e 2 30 m Perte de charge totale 2 665 m quivalant 3 14 de l nergie brute Epaisseur de paroi L paisseur de paroi exig e d pend du mat riau de la conduite de sa r sistance maximale la traction et de sa limite lastique de son diam tre et de la pression d exploitation Dans les coulements permanents d bit suppos constant dans le temps la pression un point quelconque le long de la conduite forc e est quivalente la charge d eau au dessus de ce point diminu e des pertes de charge jusqu ce point L paisseur de paroi est dans ce cas calcul e par l quation P D C 20 5 19 o e paisseur de paroi en m P pression hydrostatique en N mm D diam tre interne de conduite en m o contrainte admissible en N mm Dans des conduites en acier l quation ci dessus est modifi e comme suit P D E e 20 k o e paisseur suppl mentaire pour prendre en compte la corrosion Kks 1 pour des conduites sans soudure kr 0 9 pour soudures inspect es au rayon X Kks 1 0 pour des soudures inspect es aux rayons X et stabilis es o contrainte admissible 140 N mm La conduite doit tre assez rigide pour tre manipul e sans danger de d formation sur le terrain ASME recommande une paisseur minimum en mm quivalente 2 5 fo
360. ro lectriques de moins de 500 kW Le transformateur de service doit tre con u pour prendre en consid ration ces charges intermittentes S1 possible on garantira l alimentation de service par deux alimentations utilis es tour de r le La permutation entre les deux sources sera automatique dans les centrales sans surveillance 194 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 6 8 2 Alimentation en courant continu Les syst mes de contr le commande fonctionnent en g n ral en 24 V ou 48 V CC Outre le syst me d alimentation habituel 1l est n cessaire de pr voir une alimentation de secours sur batterie permettant d assurer les fonctions vitales de mise en s curit de l installation en cas de d faut d alimentation ou de d clenchement du r seau La capacit de charge en amp re heure doit permettre d assurer le contr le commande aussi longtemps que n cessaire pour engager une action corrective 6 8 3 Mesures de niveau d eau La plupart des petites centrales fonctionnant avec un asservissement au niveau d eau amont la connaissance de cette valeur est tr s importante C est elle qui va d terminer l ouverture du distributeur ou des injecteurs On fixe en effet un niveau de consigne respecter Si le d bit pr lev est trop important par rapport au d bit disponible le niveau baisse et le capteur de niveau va envoyer un signal d clenchant une fermeture des organes de contr le de d
361. rtant Une basse chute impliquant g n ralement un d bit nominal lev l nergie restant la sortie de la roue est relativement importante Pour un diam tre de roue fix on peut facilement comprendre que la vitesse d coulement augmente si le d bit cro t La figure 6 11 montre l nergie cin tique restant la sortie de la roue en fonction de la vitesse sp cifique voir chapitre 6 2 2 pour la d finition de la vitesse sp cifique Figure 6 93 Energie cin tique restant en sortie de roue 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 Energie cin tique J Kg 0 1 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 Vitesse sp cifique nor L tude et le d veloppement d aspirateurs performants est un sujet d licat et compliqu n cessitant savoir faire et exp rience Turbines Kaplan et h lices Les turbines Kaplan et les h lices sont des turbines r action axiales utilis es g n ralement pour des basses chutes de 2 40 m La turbine Kaplan comporte une roue pales mobiles et ajustables alors que celles des roues de type h lice sont fixes Si les pales de la roue et du distributeur sont mobiles on parle alors de turbine double r glage Si les aubes du distributeur sont fixes on dit alors qu elle est simple r glage Les h lices sont principalement utilis es lorsque l coulement et la chute restent pratiquement constants ce qui est une caract ristique plut t rare dans
362. s le nettoyage m canique est recommand Une autre formule pour calculer les pertes de charge dans des grilles propres est la formule de Kirschmer d taill e dans le chapitre 2 section 2 2 2 1 Elle est valable uniquement lorsque l coulement est perpendiculaire la grille 115 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 5 67 D grilleur ol o hydraulique Photographie 5 22 D grilleur ol o hydraulique cylindre d huile ratelier AASS drain grille Figure 5 22 Cylindres ol o hydrauliques La grille doit pouvoir tre enlev e pour la r paration et la maintenance des installations Elle doit tre fournie avec les quipements de nettoyage Pour faciliter son nettoyage de fa on non automatis e possible jusqu 4 m de profondeur elle doit tre inclin e d un angle de 30 60 par rapport la verticale Une plateforme horizontale au dessus d un niveau d eau maximal doit tre pr vue pour faciliter l op ration Dans les centrales non surveill es t l command es des d grilleurs m caniques sont utilis s Ceux ci peuvent tre con us pour tre command s soit sur une base 116 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 temporelle soit sur la base d un diff rentiel de chute Ce dernier mode utilise un capteur pour d tecter tout d passement d une limite de pertes de
363. s quent Ces deux exemples concernent des am nagements de basse chute impliquant l utilisation de multiplicateurs un ouvrage de d tournement en haute montagne permettrait le couplage direct de la turbine et de la g n ratrice liminant ainsi l quipement responsable de la plupart des vibrations et du bruit 7 4 2 Impact sur le paysage L int gration visuelle est une donn e importante pour le public qui accepte de moins en moins les changements impos s son environnement visuel Le probl me est particuli rement compliqu dans des am nagements hydro lectriques de haute montagne ou dans des am nagements situ s en zone urbaine Ceci se manifeste fr quemment sous la forme de d bats publics anim s et constitue un d fit pour les promoteurs qui modifient le paysage des riverains Chacun des quipements qui composent un am nagement hydraulique centrale d versoir vacuateur conduite forc e prise d eau canal de fuite sous station et lignes de transport lectrique peut entra ner un changement de l impact visuel du site en introduisant des formes des lignes des couleurs ou des aspects de construction contrast s La conception l emplacement des diff rents l ments de la centrale peut avoir un impact direct sur le niveau d acceptation du public de l am nagement hydro lectrique dans son ensemble La plupart de ces quipements m me le plus grand peuvent tre cach s en utilisant un am nagement paysager
364. s administratifs impliqu s concernant les ch ances la r ception et le traitement des demandes d autorisation e L tablissement de lignes conductrices pour les activit s reli es aux objectifs de mani re am liorer les proc dures administratives et la faisabilit de projets d am nagement rapides pour les producteurs d E SER Electricit de Sources d Energie Renouvelable e La d signation d une autorit pour agir en tant que m diateur dans les conflits entre les autorit s d livrant les autorisations et les demandeurs Sur la base des rapports des pays membres la Commission va valuer les meilleures pratiques pour r duire les obstacles r glementaires et non r glementaires afin d augmenter la production d E SER Les proc dures administratives diff rent d un pays membre un autre et les meilleures pratiques n ont pas encore t d finies Par cons quent une partie des proc dures existantes devrait tre modifi e dans les ann es venir Afin de donner au nouveau monteur de projets de PCH des informations sur les proc dures administratives qui sont n cessaires pour mettre en uvre et faire fonctionner une PCH Petite Centrale Hydro lectrique ce chapitre pr sente les principaux types de proc dures ainsi que des exemples de pays membres 9 2 Types de proc dures La mise en uvre d une PCH peut tre envisag e selon diff rents aspects e Production d nergie e Impact sur la qu
365. s ann es concernant en particulier les aspects environnementaux et administratifs La version mise jour est disponible en anglais fran ais allemand et su dois tandis que les versions espagnole et italienne correspondent la publication originale Le guide Petite hydro lectricit guide technique pour le montage de projets a t r alis au sein du Projet H lv tico Europ en Thematic Network on Small Hydropower R seau Th matique de la Petite Hydro lectricit financ par le 5 Programme Cadre RD amp D FP5 Il a t mis jour et adapt par un Comit de R vision sous la coordination et les directives d ESHA Les membres du Comit de R vision sont parmi les partenaires de Projet Francis Armand ADEME Anton Schleiss EPFL LCH Erik Bollaert EPFL LCH Pedro Manso EPFL LCH Jochen Bard ISET Jamie O Nians IT Power Vincent Denis MHyLab Aline Choulot MHyLab Bernhard Pelikan OVFK Jean Pierre Corbet SCPTH Christer S derberg SERO Jonas Rundqvist SERO et Luigi Papetti Studio Frosio La pr sente dition fran aise a t enti rement relue et corrig e par ADEME MHyLab et SCPTH Remerciements particuliers Celso Penche ESHA auteur du Layman s Guide ESHA 2005 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 TABLE DES MATIERES 1 INTRODUCTIONI 19 2 3 coulements dans les CANAUX ssesesesesesesesesesnsesnseeseenseeneeenee
366. s d eau La centrale souterraine de Cavaticcio situ e environ 200 m de la Piazza Maggiore le c ur historique de Bologne m rite galement d tre mentionn e Une tude d impact acoustique r alis e sur des am nagements italiens a montr un niveau interne moyen de 85 dBA Le niveau sonore pr s des maisons proches de la centrale cit e tait de 69 dBA le jour et 50 dBA la nuit Les autorit s ont exig que ces valeurs n augmentent pas de plus de 5 dBA pendant le jour et 3 dBA pendant la nuit Les mesures tablies pour remplir ces conditions taient similaires celles tablies Fiskeby e Isolation sp ciale des murs du hall abritant les machines la pi ce la plus bruyante des pi ces adjacentes au moyen de parois doubles constitu es de diff rents mat riaux et une couche de laine de verre interne Portes insonoris es Chapes flottantes sur 15 mm de tapis en laine de verre Faux plafond insonoris Portes lourdes au rez de chauss e quip es de dispositifs insonoris s et des joints d tanch it en n opr ne Joints d amortissement des vibrations entre les ventilateurs et les conduites de ventilation Conduite d amen e d air basse vitesse 4 m s Deux amortisseurs de bruit au sommet et l arri re de l installation de ventilation Piles d entr e et de sortie quip es de pi ges antibruit Conduites d amen e d air construites avec un mat riau sandwich b ton laine de v
367. s de 50 de nouvelle capacit ajout e en Europe Les contributeurs les plus importants de l augmentation des sources d nergie renouvelables dans la p riode concern e sont l Allemagne et l Espagne De nombreux Etats membres ont aussi une politique fiscale active pour l nergie avec comme objectif d augmenter l utilisation de l nergie renouvelable et de r duire la consommation Les leaders principaux dans ce domaine sont le Danemark et les Pays Bas Toutefois sur cette question de taxation de l nergie 1l est important de se rappeler que le gaz et l lectricit ne peuvent pas tre consid r s s par ment Le charbon et le p trole sont galement des combustibles essentiellement carbon s et doivent tre inclus dans un syst me global de taxation d nergie Le Conseil a repris les discussions sur la proposition de la Commission pour une Directive pour restructurer la taxation d nergie COM 1997 30 et l adoption de ces propositions est galement encourag e Pour conclure le tableau A 6 montre la position de base des Etats membres la fin f vrier 2003 indiquant la proportion du march ouvert la concurrence les seuils pertinents et les informations sur la r glementation du march et des prix Tableau A 6 Situation du march int rieur d lectricit en UE Electricit Acc s Taille du au Ouverture Seuil TRE ET march 100 en Transmission isol e r seau du march
368. s de la paroi Le gradient de vitesse repr sent sur la figure 2 1 est plus lev dans un coulement turbulent que dans un coulement laminaire Par cons quent lorsque le nombre de Reynolds augmente la perte par frottement augmente galement De m me avec une turbulence plus lev e une action de m lange de particules plus intense et donc une plus grande dissipation par viscosit se produisent Par cons quent les pertes d nergie dans un coulement en conduite augmentent avec le nombre de Reynolds et la rugosit de la paroi On peut v rifier que dans un coulement d eau entre deux sections une certaine perte de charge h se produit VS BP PV P h h h 2 y 2 Y z z 2 3 principalement en raison du frottement de l eau contre la paroi puis en raison du frottement interne de coulement Sur la figure 2 2 LGH est la ligne de gradient hydraulique et LGE la ligne de 23 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 gradient d nergie Si la section transversale de conduite est constante VI V2 les deux lignes seront parall les Figure 2 10 Gradient hydraulique et gradient nerg tique 2 2 1 Pertes de charge par frottement Darcy et Weisbach en appliquant le principe de conservation de la masse un volume d fini un volume de fluide dans une conduite entre deux sections perpendiculaires son axe en ont d duit l quation suivan
369. s de maintenance la p riode 1 V Valeur r siduelle de l investissement sur sa dur e de vie o la vie de l quipement exc de la dur e de vie de fonctionnement de la centrale r taux d actualisation p riodique o la p riode est l ann e ou le trimestre n nombre d ann es pris en compte dur e de vie par exemple des ann es des trimestres des mois etc Le calcul est habituellement r alis sur une p riode de trente ans en raison des techniques d actualisation utilis es dans cette m thode les recettes et les d penses des ann es les plus loign es deviennent n gligeables 242 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Diff rents projets peuvent tre class s par rapport la VAN calcul e Les projets pour lesquels la VAN est n gative sont rejet s leurs b n fices escompt s durant la dur e de vie du projet tant insuffisants pour couvrir les flux financiers initiaux Parmi les projets ayant une VAN positive les meilleurs sont ceux ayant la VAN la plus lev e Les r sultats de VAN sont relativement sensibles au taux d actualisation et une erreur dans la s lection du taux peut alt rer ou m me inverser le classement des projets Le taux d actualisation peut modifier sensiblement l valuation 1l doit tre choisi soigneusement Pour un promoteur ind pendant le taux d actualisation va lui permettre de choisir entre investir dans un projet de
370. s et non ponctuellement sans quoi des ph nom nes de fatigue conduiront rapidement des ruptures Les multiplicateurs sont con us conform ment aux normes internationales AGMA 2001 B88 ou DIN 3990 utilisant des crit res tr s conservateurs lesquels entrent de prime abord en conflit avec le besoin de r duire les co ts Le multiplicateur tant une pi ce sensible de l am nagement 1l n est cependant pas recommand de se lancer dans une solution bon march sans avoir effectu une analyse approfondie des contraintes On pr tera galement une attention soutenue un traitement thermique soign des engrenages et la qualit d usinage des dents de m me qu aux facteurs m tallurgiques tels que par exemple la mitruration Ces pr cautions sont essentielles pour garantir la p rennit d un multiplicateur Enfin il convient de rappeler qu en aucun cas un multiplicateur de vitesse ne devra tre issu de la conception d un r ducteur de vitesse Ces produits standard ne prennent en effet pas en compte des efforts tels que la pouss e hydraulique Un multiplicateur n est donc pas un r ducteur invers mais bien un produit part enti re poss dant ses propres r gles de conception La s lection de paliers est galement cruciale En dessous de 1 MW l utilisation de paliers rouleaux est habituelle Aujourd hui les fabricants commencent cependant utiliser une telle technologie pour des turbines jusqu 5 MW L autre poss
371. s fonctionner en r seau isol puisqu ils sont incapables de fournir leur propre courant d excitation Toutefois ils sont utilis s dans de toutes petites installations autonomes comme solution bon march lorsque la qualit requise de l alimentation lectrique n est pas tr s lev e S1 traditionnellement on consid re qu en dessous de 1 MW les g n rateurs synchrones sont plus chers que les g n rateurs asynchrones la tendance est actuellement la baisse et les co ts sont maintenant comparables d s que l on d passe 100 KW compte tenu du fait que l on vite les batteries de condensateur avec une machine synchrone Ces derni res sont utilis es en particulier lorsque leur puissance repr sente une proportion sensible de la puissance du r seau auquel elles sont connect es Les g n rateurs asynchrones plus conomiques pour de faibles puissances n cessitent un r seau lectrique stable Leur puissance doit par cons quent tre faible par rapport celle du r seau Le rendement avoisine les 95 pour une machine de 100 kW et peut s lever plus de 96 pour les puissances sup rieures 1 MW Le rendement des g n rateurs synchrones est en g n ral l g rement sup rieur celui des machines asynchrones Lorsque l nergie d passe quelques MVA un g n rateur synchrone est syst matiquement install 186 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Depuis quelques
372. s niveaux de concurrence dans tous les Etats membres Il est important que les exigences relatives au service public puissent tre interpr t es sur une base nationale compte tenu des conditions nationales et dans le respect du droit communautaire Plusieurs articles dans la directive traitent directement de l acc s au r seau et de nouvelle capacit L article 5 sur des prescriptions techniques sp cifie que les Etats membres veillent ce que soient d finis des crit res de s curit technique et veillent ce que soient labor es et rendues publiques des prescriptions techniques fixant les exigences techniques minimales de conception et de fonctionnement en mati re de raccordement au r seau d installations de production de r seaux de distribution d quipement de clients directement connect s de circuits d interconnexions et de lignes directes Ces prescriptions techniques doivent assurer l interop rabilit des r seaux tre objectives et non discriminatoires Elles sont notifi es la Commission conform ment l article 8 de la directive 98 34 CE du Parlement europ en et du Conseil du 22 juin 1998 pr voyant une proc dure d information dans le domaine des normes et r glementations techniques et des r gles relatives aux services de la soci t de l information e L article 6 sur la proc dure d autorisation pour une nouvelle capacit souligne que les Etats membres fixent les crit res r
373. s quatre r sultats les plus bas n taient pas pris en compte le m me rapport tait encore de 14 pour les donn es restantes Ces diff rentes m thodes ont pour cons quence une grande diversit des r glementations nationales Dans les paragraphes suivants une tude tr s br ve est r alis e afin de donner un aper u des m thodes appliqu es Allemagne Il n existe pas de r glementation applicable tout le pays Les L nder ont leur r glementation sp cifique En r gle g n ral la r glementation d pend du d bit moyen minimum MNQ Habituellement le d bit r serv varie de 1 3 1 6 du d bit moyen minimum Le plus souvent 256 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 l option d 1 3 est choisie Les repr sentants gouvernementaux prennent la d cision finale durant la proc dure d autorisation Gr ce Le d bit r serv doit tre d au moins 1 3 du d bit d t moyen de la rivi re Espagne Dans la loi espagnole sur l eau de 1985 le d bit r siduel a t fix 10 du d bit moyen inter annuel Les diff rentes institutions locales et autonomes consid raient cette valeur comme un minimum et pour chaque nouveau projet une valeur plus lev e et souvent arbitraire tait fix e Dans la nouvelle loi sur l eau de juillet 2001 le d bit r serv doit tre tabli selon les plans de gestion des bassins de rivi re r alis s pa
374. s variations de pression dans des limites acceptables Le syst me de commande est plus complexe dans les syst mes o une contre pression existe en sortie de turbine comme repr sent sur la figure 1 8 Il convient dans ce cas non seulement de contr ler le niveau amont mais galement la pression l aval de la turbine 17 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 1 8 Am nagement int gr dans un syst me de distribution d eau r servoir vie stockage de compensation centrale industries HEDO 1 4 Les tapes d un projet d am nagement d une petite centrale hydro lectrique Le projet d finitif r sulte d un processus complexe et it ratif dans lequel l accent est mis sur l impact environnemental et sur les diff rentes options technologiques celles ci sont alors compar es sur le plan conomique Bien qu il ne soit pas facile de fournir un guide d taill sur l valuation d un am nagement il est possible d en d crire les tapes essentielles avant de d cider si l une ou l autre doit tre soumise une tude approfondie en vue de sa r alisation Les tapes sont les suivantes e Topographie et g omorphologie du site e Evaluation de la ressource en eau et du potentiel nerg tique e S lection du site et d finition de l am nagement de base e Turbines g n ratrices contr le commande de l installation etc e Eva
375. se tridimensionnelle Un principe bien tabli dans la m canique des fluides est que toute particule en contact avec un bord fixe solide a une vitesse nulle La figure 2 10 repr sente les lignes d isovitesse dans des canaux de sections diff rentes L approche math matique se base sur la th orie de la couche limite l approche du projeteur consiste utiliser la vitesse moyenne V 2 3 1 Classification des coulements en canal Selon le crit re de temps un coulement dans un canal est consid r permanent lorsque la profondeur au niveau d une quelconque section du tron on consid r ne change pas avec le temps et transitoire lorsqu elle change avec le temps Bas sur le crit re d espace un coulement en canal est dit uniforme s1 le d bit et la profondeur dans toute section d un tron on de canal ne changent pas Il est dit vari si le d bit et ou la profondeur d eau change sur le trac Un coulement uniforme transitoire survient rarement car lorsqu on parle d coulement uniforme on comprend habituellement un coulement uniforme permanent Un coulement vari permanent est souvent class comme graduellement ou brusquement vari La figure 2 11 repr sente diff rents types d coulement un coulement uniforme permanent un coulement progressivement vari et un coulement rapidement vari Un coulement transitoire survient si la profondeur d coulement ou le d bit sur le tron on change comme par exempl
376. sement total par kW install de chaque projet ou le ratio exprimant le co t d investissement total par MWh produit Cette premi re approche ne d termine pas la rentabilit d un am nagement donn la recette n tant pas prise en compte mais constitue une fa on rapide d valuer un ou plusieurs projets 240 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 8 4 1 M thodes statiques 8 4 1 1 M thode du temps de retour brut sur investissement La m thode du temps de retour brut sur investissement d termine le nombre d ann es requis pour couvrir le capital investi gr ce aux recettes nettes d gag es par le projet Le nombre d ann es requis est appel le temps de retour brut ou temps de recouvrement Le calcul est r alis comme suit Temps de retour co t d investissement recette nette annuelle Ce ratio n glige g n ralement le co t d acc s au capital Le co t d acc s au capital exprime le gain financier esp r en utilisant les ressources financi res mobilis es par le projet sur un placement financier alternatif Les co ts d investissement li s au projet de petite hydro lectricit sont bien circonscrits en principe g nie civil quipement lectrique et ouvrages hydrauliques tout comme les recettes annuelles nettes attendues de la vente de l lectricit produite apr s d duction des co ts de fonctionnement et de maintenance Pour que le projet de
377. seur ou TSO r serve de pointe de capacit mwne an en AE NC A ES PE EE Basme 20 EC mn NC PS RE HT EE CC OO PE AE DE RE AE HE se a a a res n oa mo ou Je O meme s e AE NC A e EE ne re ee aan fou a CC EE ee AE LE A NT HE EE CE o e AE A l ES TE CE CS CCE EE EC AE AN O RE ET OS EE EE OS RS Source Second rapport de r f rence sur la mise en uvre du march int rieur d lectricit et de gaz Document de travail du personnel de la Commission SEC 2003 448 Objectifs environnementaux Les co ts d investissement bas du chauffage au gaz et son rendement relativement int ressant font qu il est largement adopt travers PUE De mani re similaire la concurrence peut galement amener un recul plus rapide des anciennes installations plus polluantes Cela est arriv en particulier en UE o les missions ont diminu consid rablement durant les ann es 1990 Toutefois l introduction de la concurrence peut galement entra ner des prix d nergie plus bas En effet la concurrence incite les compagnies r duire les co ts par exemple en fermant des centrales inefficaces Cela entra ne un d fi en termes d environnement puisque des prix plus bas encouragent une plus grande consommation et r duisent galement la viabilit de l nergie renouvelable particuli rement si le co t externe d utilisation des combustibles fossiles n est pas reconnu Puisque les Etats membres ont d
378. sh a 300 EF r i 4 1 H 200 3 100 0 10 20 30 40 50 60 d bit m s 12 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 3 6 2 Production aux heures de pointe Les tarifs de l lectricit aux heures de pointe peuvent tre substantiellement sup rieurs ceux durant les autres p riodes Il est donc int ressant de disposer d une capacit de stockage m me limit e pour pouvoir fournir un maximum d lectricit pendant les heures de pointe Il faut cependant remarquer que les petites centrales hydrauliques ne disposent en g n ral pas d accumulation sup rieure quelques heures de fonctionnement en pointe Pour calculer ce volume on consid re Qr d bit de la rivi re m s Qp d bit nominal m s Qp d bit n cessaire pour fonctionner en heures de pointe m s Qop d bit n cessaire pour fonctionner hors pointe m s tp heures de pointe quotidiennes top heures hors pointe 24 tp Qes d bit r serv m s Qimin d bit technique minimum des turbines m s H hauteur m Le volume Vr est donn par Vr 3 600 tr Qr Qr Qres 3 8 Si le bassin doit tre rempli hors heures de pointe tp Qr Qr Qrs Stor Qr Qres 3 9 Par cons quent D 26 6 3 10 lp Le d bit disponible pour fonctionner hors heures de pointe sera _ 24Qr Ou trQ lop Qor gt Q min 3 11 3 7 Puissance garantie L nergie garanti
379. sitions nationales en vigueur cette 237 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 ligne bien qu elle soit dans certains cas la propri t de l op rateur du r seau lectrique est construite au frais du promoteur de PCH Petites Centrales Hydrauliques Une centrale proche du point de raccordement au r seau sera toujours moins co teuse que celle install e loin de celle c1 Le m me raisonnement peut tre appliqu aux lignes t l phoniques Dans une centrale sans supervision une ligne de t l phone pour transmettre les signaux de t l m trie et d alarme est fr quemment utilis e bien qu occasionnellement 1l puisse tre plus conomique d utiliser la ligne de transport lectrique elle m me pour tablir un lien pour la transmission des donn es L utilisation du r seau de t l phone cellulaire digital est galement possible en supposant qu il y ait une couverture suffisante pour tablir la connexion 8 3 Principes d actualisation des valeurs mon taires La notion d actualisation des valeurs mon taires traduit le fait qu un per u aujourd hui vaut plus qu un per u dans le futur parce qu un per u aujourd hui peut tre investi La valeur de l argent dans le temps prend en compte la dur e en temps consid r e pour le calcul conomique et le taux d actualisation propos Une analyse de projet prend en compte les recettes et les d p
380. st quivalent la valeur du bas d bit de la saison chaude d avril octobre sur 30 jours correspondant une p riode de retour de 5 ans probabilit de 0 80 La seconde r gion hydrologique qui est caract ris e par des coulements plus r guliers la valeur de d bit r serv est inf rieure et est calcul e en utilisant la m thodologie ci dessus mais la p riode de retour de d bit bas est fix e 20 ans probabilit de 0 95 Dans les am nagements en d rivation ind pendamment du type de r gion hydrologique le d bit r serv minimum est fix 10 du d bit moyen long terme de la saison Suisse Bien que la Suisse ne fasse pas partie de PUE il est int ressant de noter sa r glementation du d bit r serv La valeur respecter se base sur le Q34 d bit apparaissant plus de 347 jours au cours de l ann e soit 95 de l ann e c est dire un d bit faible Le graphique montre la valeur du d bit r serv respecter en fonction du Q347 Figure 9 135 R glementation du d bit r serv en Suisse 10000 a 1000 P O O gt z P 100 sO A 10 10 100 1000 10000 100000 Q347 en l s 258 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Avec un d bit tr s bas le d bit r serv d bute avec 80 de Q3y tandis qu 10 000 l s de Q34 le pourcentage est r duit 25 et partir de 60 000 l s de Q347 le d bit r serv reste
381. stence d une terrasse alluviale sous la formation colluviale Chaque type de sol se comportera diff remment selon les sollicitations induites par les fondations du barrage Figure 4 41 Section g ologique de la formation colluviale v J gt rivi re Cares__ 2 9 lt terrasse alluviale formation colluviale Cr alluvions Er Ischistes carbonif res O 5 10 m Sondeo R 1 formation colluviale terrasse alluviale schistes carbonif res 83 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 4 3 2 2 Le canal ciel ouvert La figure 4 4 repr sente un am nagement g omorphologique d un trac de canal Deux grandes zones instables ind pendantes b et c peuvent tre vues sur le c t droit de la rivi re Les photographies 4 1 et 4 2 montrent une vue g n rale de la pente lat rale droite et un d tail d une des instabilit s locales g n r es durant les travaux d excavation La photographie 4 3 montre un des escarpements glissants avant le d but des travaux Figure 4 42 Am nagement g omorphologique d un tra age de canal v oa ce Tunnel Co x D LU canal ouvert b TX 2 Are gt Le HE fe ZE x Ales rivi re Cares Points du terrain echantillonn es a Instabilit g n rale b Cicatrices c Alluvionnement des roches d Solifluxion Photographie 4 3 Vu
382. ster pr s du niveau des sir nes des v hicules d urgence ce qui serait tout simplement d sagr able et dont la cons quence serait que l on s loignerait Une d rivation est habituellement la meilleure action puisque le poisson est d plac rapidement de la source du danger par ex la prise d eau dans un courant s curis Le syst me BAFF Bio Acoustic Fish Fence Barri re poissons bioacoustique produit une sorte de paroi sonore sous l eau en utilisant de l air comprim pour g n rer une basse fr quence sonore continue variant entre 50 et 500 Hertz Bien qu un niveau sonore lev au moins 160 d cibels soit g n r l int rieur du rideau de bulles celui c1 devient tr s faible quelques m tres En 230 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 limitant le rideau sonore une zone r duite le syst me permet au poisson d agir normalement travers le restant du r servoir ou de la rivi re La figure 7 13 repr sente la disposition d un syst me de transducteurs acoustiques immerg s lesquels transmettent leur son l int rieur d un rideau de bulle s levant pour cr er une paroi sonore dans le but de guider le poisson l ext rieur du passage de turbine Comme indiqu par M Turpenny des Fawley Aquatic Research Laboratories Ltd U K l inconv nient des crans de r pulsion sonore par rapport des grilles m caniques conventionnels
383. stitu e de plusieurs plans r alis s par coffrages cr ant une pente progressive De plus il a t prouv que les conomies r alis es avec des prises plus petites et plus compactes sont beaucoup plus lev es que les co ts engendr s par l augmentation des pertes de charge Des analyses de co ts b n fices indiquent que la meilleure conception est celle d une prise compacte avec un plafond en pente et des parois convergentes figure 5 19 la longueur de l entr e n tant pas le facteur majeur contribuant au coefficient total de perte Le coefficient K de ce profil de transition est 0 19 La perte de charge m dans l entr e est donn e par la formule AH 0 19 V 2g 5 1 O V est la vitesse dans la conduite forc e m s Les pertes de charge dues la grille d pendent de son orientation par rapport l coulement de l espacement entre les barreaux et de leur forme ainsi que de l obstruction ventuelle due aux mat riaux solides Ces aspects sont pr sent s plus en d tail ci dessous 5 3 5 Grilles Une bonne prise d eau doit permettre de minimiser la quantit de mat riaux solides et de s diments entrant dans l am nagement Elle est donc prot g e par des grilles plac es l entr e Celle ci est constitu e d un ou plusieurs panneaux fabriqu s partir d une s rie de barreaux de m tal parall les uniform ment espac s Si en saison de crues le cours d eau entra ne de gros mat riaux solid
384. stocke momentan ment l nergie lectrique Conduite forc e Conduite habituellement en acier fonte ou b ton occasionnellement en mati res plastiques qui achemine l eau sous pression de la chambre de mise en charge vers la turbine Constante gravitationnelle g Acc l ration de la pesanteur approximativement 9 81 m s Courant alternatif CA Courant lectrique qui inverse sa polarit p riodiquement contrairement au courant continu En Europe la fr quence de cycle standard est de 50 Hz en Am rique 60 Hz Courant continu CC Electricit qui circule de mani re continue dans une direction contrairement au courant alternatif Courbe de d bits class s Courbe repr sentant l historique des d bits d un cours d eau de 0 100 du temps pass mesur et repr sent e selon des d bits d croissants Courbe de tarage Fonction reliant la cote du plan d eau au d bit transport D bit d infiltration Partie du d bit d une rivi re fournie par l eau souterraine s coulant lentement travers le sol et mergeant dans la rivi re travers les berges et les lits D bit r serv D bit minimum requis devant rester dans le cours d eau au dessous d une prise d eau d un barrage ou d un seuil pour assurer un coulement ad quat en aval pour des besoins environnementaux D bit supercritique coulement rapide n tant pas affect par les conditions en aval Demande de pointe
385. strie de la Recherche et de l Environnement DRIRE 9 3 3 Irlande En Irlande les proc dures sont les suivantes 9 3 3 1 Permis d am nagement La demande d am nagement est compos e d un formulaire de demande et de diff rents documents cartes et plans Le fonctionnaire charg de l am nagement du territoire doit prendre en compte 263 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 toutes les r f rences aux nergies renouvelables du Plan de D veloppement Les Plans de D veloppement doivent tre revus tous les cinq ans Le promoteur doit fournir des informations sur les impacts environnementaux li s la centrale par la r alisation d une tude d impact sur l environnement EIS Environmental Impact Study Une EIS va galement tre demand e si le d veloppement est situ sur une zone d h ritage national NHA National Heritage Area une zone sp ciale de conservation SAC Special Area of Conservation une zone sp ciale prot g e SPA Special Protection Area ou d autres zones prot g es Les sp cifications l gales de l tude d impact sur l environnement sont d finies dans les r glementations de l autorit locale Am nagement et d veloppement de 1990 Une EIS type contient des analyses de l impact du projet sur les aspects suivants eau sols amp g ologie qualit de Pair bruit flore amp faune h ritage culturel champ le
386. t tre multipli par la somme consid r e Par exemple s1 le taux d actualisation est de 8 un b n fice de 1500 per u l ann e 5 quivaut la valeur de 1020 9 l ann e To s 1500 1 020 9 120 08 238 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Par cette m thode le flux de tr sorerie ou cash flow g n r diff rents moments peut tre donc tre converti sur une base commune Sur le tableau 8 1 les coefficients d actualisation sont calcul s partir de la formule d actualisation pour diff rents horizons de temps et taux d actualisation r L unit de temps peut tre une ann e un trimestre un mois etc et le taux d actualisation correspondant ces p riodes de temps si r est le taux d actualisation annuel sera de r 4 pour un trimestre et r 12 pour un mois Sur les bases de ce concept d actualisation les investisseurs peuvent calculer la valeur actualis e du produit de la vente d lectricit d une PCH Bien que le coefficient d actualisation puisse tre utilis pour le calcul ann e par ann e il est commode de d finir un second facteur dans le but d acc l rer le calcul sur les bases de la recette annuelle encaiss e Cette recette pr sent e comme une annuit se traduit par une s rie de valeurs gales sur la dur e de vie du projet Le facteur an gal la somme des coefficients d actualisation v pe
387. t c11 2 22 p2 c2 L nergie hydraulique massique est d finie comme suit E gH pipe 4 c2 03 g 1 72 ke 6 3 O gH nergie hydraulique massique J kg Px pression dans la section x Pa A vitesse d eau dans la section x m s Zx altitude de la section x m Les indices 1 et 2 d finissent la section de mesurage en amont et en aval de la turbine Ils sont d finis par les normes CET La chute nette est d finie comme m 6 4 va tm 155 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Turbines action Turbines Pelton La turbine Pelton est une turbine action dans laquelle un ou plusieurs injecteurs acheminent l eau dans les augets plac s en p riph rie de la roue Chaque injecteur est constitu d une tuy re permettant de former un jet d eau compact haute vitesse et d un pointeau mobile faisant office d organe de contr le du d bit figure 6 4 Elle est utilis e pour des hautes chutes partir de 60 m jusqu plus de 1 000 m Les axes des injecteurs sont situ s dans le plan de la roue En cas d arr t d urgence de la turbine par ex dans le cas d un d clenchement du r seau lectrique sur lequel la centrale fournit sa production le jet est d vi par un d flecteur de sorte qu il n atteigne pas les augets et que la turbine ne puisse pas atteindre sa vitesse d emballement Cette action permet de fermer l injecteur en manoeuvr
388. t d une importance capitale Cette pr paration doit comprendre plusieurs entretiens une prise en compte s rieuse de l environnement un expert suppl mentaire peut faire partie de l quipe Jusqu aujourd hui il n existe pas de rivi re interdite bien que dans certains cas il est connu qu un projet n aura jamais d autorisation Certaines rivi res sont donc interdites de mani re implicite Il n existe pas de r gle g n rale sur le d bit r serv Habituellement la valeur varie entre NNQ d bit le plus bas parmi les bas d bits et MNQ d bit bas moyen Dans beaucoup de cas il est pr f rable de r aliser une tude sp cifique En l absence de ce document les experts gouvernementaux peuvent donner leur position sans information sp cifique en fixant par pr caution un d bit souvent lev beaucoup plus lev que celui issu d une tude aussi le co t d une telle tude peut tre utile 265 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 9 3 5 Pologne La proc dure comprend quatre phases principales Phase 1 La demande l Autorit des Eaux Regional Zarzad Gospodarki Wodnej RZGW une approche initiale est r alis e pour l Autorit des Eaux dans laquelle un site est propos comme emplacement possible L Autorit des Eaux tudie cette demande et donne sa d cision Si une approbation g n rale est accord e elle d finira les
389. t g n ralement r alis s avec des plaques de m tal aux bords aiguis s construites dans les proportions de la figure 3 6 Figure 3 29 Mesure des d bits par d versoirs et canaux jaugeurs col entaille rectangulaire 4 gt 2h je L gt 3h gt 4 2h gt gt v lt 0 15 m s Q 1 8 L 0 2h h entaille triangulaire 90 pe gt 2h lt gt 2h Q 1 4h On peut galement utiliser des canaux d amen e dans lesquels l eau est canalis e sur une certaine distance travers une section de forme g om trique r guli re avant d entrer dans un tron on de section transversale diff rente habituellement r alis e par des contractions lat rales ou des seuils Ces structures ont l avantage par rapport aux d versoirs de ne pas obstruer le courant et de ne cr er aucune retenue d eau Pour assurer l uniformit des techniques de jaugeage l ISO a publi diff rentes normes internationales 60 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 3 3 3 M thode de la pente de la ligne d eau Cette m thode est utilis e pour les coulements importants pour lesquels d autres m thodes ne sont pas applicables Elle pr suppose qu il est possible d enfoncer des piquets ou bien de faire des marques de cote temporaires au niveau de la surface de l eau en amont et en aval du site au moment de la mesure du d bit Ces marques peuvent tre utilis
390. t rechercher quelles mesures suppl mentaires sont mobilisables pour le soutien du projet Le chapitre 9 annexe fournit les diff rentes cat gories de structures tarifaires et de syst mes de soutien disponibles dans l ancienne Europe des 15 Le tableau 8 8 montre les prix courants agr s dans les diff rents syst mes de soutien en vigueur en 2003 dans l Union Europ enne Ces donn es ont volu dans certains cas 1l est donc prudent de v rifier au plan national si tel est le cas Tableau 8 35 Prix de vente de l lectricit produite par les PCH Petites centrales Hydrauliques dans les pays de l Union Europ enne Pays membre Prix de vente au r seau centimes d kWh Belgique Wallonie 12 3 3 3 Prix de march 9 Certificat vert Flandres 12 8 3 3 Prix de march 9 5 Certificat vert Danemark 8 48 Allemagne 7 67 lt 500 kW 6 65 500 KW 5 MW Gr ce Syst me interconnect 6 29 113 mois les non interconnect es 7 18 Espagne 6 49 3 54 Prix de base 2 95 Premium Fonctionnant avant 2001 7 32 Prime de r gularit de 0 75 hiver et France 2 94 t Mis en service apr s 2001 PCH lt 500 kW 8 55 Prime de r gularit jusqu 1 52 hiver et 4 52 t PCH gt 500 kW 7 69 prime de r gularit jusqu 1 52 hiver et 4 07 t 249 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets Irlande Italie Luxembourg Pays
391. t un canal d irrigation 24 Figure 1 7 Am nagement d versoir longitudinal utilisant un canal d irrigation 25 Figure 1 8 Am nagement int gr dans un syst me de distribution d eau 26 Figure 2 9 distribution de vitesse en coulement laminaire et en coulement turbulent 30 Figure 2 10 Figure 2 11 Figure 2 12 Figure 2 13 Figure 2 14 Figure 2 15 Figure 2 16 Figure 2 17 Figure 2 18 Figure 2 19 Figure 2 20 Figure 2 21 Figure 2 22 Figure 2 23 Figure 3 24 Figure 3 25 Figure 3 26 Figure 3 27 Figure 3 28 Figure 3 29 Figure 3 30 Figure 3 31 Figure 3 32 Figure 3 33 Figure 3 34 Figure 3 35 Figure 3 36 Figure 3 37 Gradient hydraulique et gradient nerg tique 32 it fonction du nombre de ReynoldSesirissiiscsicrneiiininiunan ssi i eieaa 36 Coefficients de perte de charge des Brill s stesercsmsenstttssssstenisnensaniennesenpenesserrenssss 41 Valeurs de Kc et de Kex en fonction de d D 42 Coefficients de perte de charge dans les divergents 43 Coefficients de perte de charge l entr e d une conduite 44 Coefficients de perte de charge dans les courbes 44 Coefficients de perte de charge typiques pour un coulement travers des vannes 45 Distribution typique pour un coulement en canal ouvert 48 Repr sentation de diff rents types de d bits ss 49 distribution de pression dans des canaux ayant un
392. taires existants pour l entretien et la construction des infrastructures de r seau n cessaires y compris la capacit d interconnexion Les Etats membres informent la Commission lors de la mise en uvre de la pr sente directive de toutes les mesures qu ils ont prises pour remplir les obligations de service universel et de service public y compris la protection des consommateurs et la protection de l environnement et de leurs effets ventuels sur la concurrence nationale et internationale que ces mesures n cessitent ou non une d rogation la pr sente directive Ils notifient ensuite la Commission tous les deux ans toute modification apport e ces mesures que celles ci n cessitent ou non une d rogation la pr sente directive L article 6 sur la proc dure d autorisation pour une nouvelle capacit souligne que Les proc dures et crit res d autorisation sont rendus publics Les demandeurs sont inform s des raisons d un refus d autorisation Ces derni res doivent tre objectives et non discriminatoires elles doivent en outre tre justifi es et d ment motiv es Des voies de recours sont ouvertes au demandeur L article 7 sur l appel d offre d une nouvelle capacit mentionne que Les Etats membres peuvent garantir la possibilit dans l int r t de la protection de l environnement et la promotion de nouvelles technologies naissantes de lancer un appel d offres pour la
393. tant de produire un courant alternatif de fr quence exactement identique celle du r seau 50 Hz ou 60 Hz recevant l nergie produite
394. tation 208 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Photographie 7 43 Prise d eau Les photographies suivantes 7 5 7 6 7 7 montrent un tron on du canal lors de diff rentes phases de la construction l excavation de terre et le canal en b ton renforc d une couche de terre en couverture L existence d un pyl ne lectrique et la ligne de transport entre les villages de Posada de Valdeon et Cordi anes confirment qu il s agit du m me site puisque car sinon il serait impossible d identifier le canal enterr Photographie 7 44 Phase de construction excavation 209 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Photographie 7 45 Phase de construction canal en b ton i a hia o de eine ae ji Fe Di A 2 E T Les photographies suivantes 7 8 et 7 9 montrent la mani re dont l entr e du tunnel a t ensevelie Sur la deuxi me photographie 7 9 le canal reliant le tunnel a t couvert ainsi que le reste du canal incluant l entr e du tunnel Il est cependant possible d entrer dans le tunnel par le canal d amen e vidang Le tunnel existait d j mais n tait pas termin en raison du manque de moyens pour traverser le terrain Il a t reconstruit aujourd hui avec une section mouill e de 2 x 1 80 m et une pente de 1 1 000 et conduit l eau en direction de la chambre de mise en charge laquell
395. taux comme indiqu dans le pr sent paragraphe les Etats membres peuvent mettre en uvre une planification long terme en tenant compte du fait que des tiers pourraient vouloir acc der au r seau Les Etats membres s assurent que les fournisseurs d lectricit sp cifient dans ou avec les factures et dans les documents promotionnels envoy s aux clients finals la contribution de chaque source d nergie la totalit des sources d nergie utilis es par le fournisseur au cours de l ann e coul e au moins l indication des sources de r f rence existantes telles que les pages web par exemple ou des informations concernant l incidence sur l environnement au moins en terme d missions de CO et de d chets radioactifs r sultant de la production d lectricit partir de la totalit des sources d nergie utilis es par le fournisseur au cours de l ann e coul e sont la disposition du public Les Etats membres prennent les mesures qui s imposent pour atteindre les objectifs en mati re de coh sion conomique et sociale de protection de l environnement qui peuvent comprendre des mesures d efficacit nerg tique gestion de la demande ainsi que des moyens de lutte contre le changement climatique et de s curit d approvisionnement Ces mesures peuvent inclure des incitations conomiques ad quates en ayant recours le cas ch ant tous les instruments nationaux et communau
396. tc peut tre trouv e dans le document pr par par ESHA dans le cadre du r seau th matique de la petite hydro lectricit disponible l adresse Internet www esha be 220 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 221 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 7 123 Relation entre le d bit environnemental et la morphologie du lit de rivi re B C C gt a re 0 pe Z 40 60 80 Riverbed morphology 7 4 3 2 6 Passes poissons pour la migration vers l amont Les anadromes sont des poissons qui se reproduisent en eau douce et qui passent la plus grande partie de leur vie dans l oc an Les catadromes se reproduisent dans l oc an deviennent adultes en eau douce et par cons quent sont tributaires des possibilit s de franchissement des ouvrages en rivi re tels que les barrages Une grande vari t de types de passes poissons pour la migration vers l amont est disponible chacune adapt e aux esp ces de poisson concern es Les technologies des ouvrages de franchissement pour la migration vers l amont sont aujourd hui consid r es comme bien d velopp es et adapt es un certain nombre d esp ces anadromes y compris le saumon Selon POTA 1995 Office of Technology Assessment aux USA il n existe pas de solution unique pour concevoir des passes poissons pour la migration vers
397. te applicable des coulements incompressibles et permanents dans les conduites Fd LAF n s EA D 28g 2 4 O f facteur de frottement L longueur de la conduite m D diam tre de conduite m V vitesse moyenne m s g acc l ration de la pesanteur 9 81 m s Dans un coulement laminaire f peut tre calcul directement par l quation G4 V 64 f F D R j 2 5 Selon l quation 2 5 le facteur de frottement f dans un coulement laminaire est ind pendant de la rugosit de la paroi et inversement proportionnel au nombre de Reynolds Le fait est 24 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 qu apparemment f diminue lorsque R augmente ce qui ne signifie pas qu une augmentation de la vitesse r duit les pertes de frottement En substituant f dans l quation 2 4 par sa valeur 2 5 on obtient 3 Le _ 64V L A F DDR2 F ti ro Fis D 2 6 ce qui montre que la perte de charge sp cifique dans un coulement laminaire est proportionnelle V et inversement proportionnelle D Lorsque l coulement est turbulent R gt gt 2 000 le frottement devient moins d pendant du nombre de Reynolds et plus d pendant de la rugosit relative e D o e repr sente la rugosit moyenne des irr gularit s de la paroi et D le diam tre de la conduite Quelques valeurs de rugosit e
398. tements diff rents entre le mat riel organique et non organique 7 5 Impacts des lignes de transmission 7 5 1 Impact visuel Les lignes de transport lectrique et les couloirs utilis s pour leur trac peuvent avoir un impact n gatif sur le paysage Ces impacts peuvent tre r duits en adaptant la ligne au paysage ou la limite en les enterrant 232 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Photographie 7 57 Impact visuel d une sous station E L m a g Ds p A f J T K colle CE 5 i i i j k b 1 che H i a C Ae e ra Ma Apap Es Fr la Ae l i k La solution technique et conomique optimale pour l vacuation de la production lectrique d une PCH est malheureusement celle qui va entra ner le plus d impacts esth tiques n gatifs En effet pour viter le contact des lignes avec les arbres la solution la plus simple consiste poser les pyl nes sur une cr te ce qui n est pas une solution acceptable au niveau de l impact visuel De m me un trac rectiligne qui permet de r duire g n ralement les co ts ne s adapte pas forc ment au terrain Dans des zones de montagne sensibles o des am nagements hydro lectriques sont d velopp s les lignes de transport peuvent dominer le paysage et par cons quent avoir un impact n gatif Il faut cependant remarquer que des lignes de transport existent d j m m
399. temp rature de l eau Il se forme alors une poche de vapeur sur l extrados de l aubage qui va s tendre mesure que la pression ambiante s abaisse Continuant sa progression sur l aubage la poche parvient dans une zone o la pression remonte au del de la tension de vapeur Les cavit s de vapeur implosent s crasent ce qui g n re des densit s consid rables d nergie cin tique pouvant conduire des rosions parfois catastrophiques de la surface de l aubage Cette zone de condensation se manifeste visuellement par des grappes de bulles Ce ph nom ne est g n ralement bruyant et toujours tr s fluctuant La poche de vapeur par contre pour autant bien entendu qu elle soit peu importante et stable n alt re pas les performances de la turbine et n rode pas l aubage 176 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Toutefois la cavitation n est pas une fatalit Des d veloppements en laboratoire permettent non seulement une conception hydraulique ad quate mais galement de d terminer les limites d utilisation d une turbine permettant d viter ce probl me La cavitation est caract ris e par le coefficient de cavitation o coefficient de Thoma d fini selon la norme CEI 60193 comme G 6 25 gH O NPSE est l nergie massique nette l aspiration 2 NPSE ee 4 gH 6 26 O Pam pression atmosph rique Pa P tension de vapeur d
400. terest Ministry of Economy and Ministry of Environment Publication in Government Official Journal Liminar Dispatch Maximum of 160 days after starting the process Request of License for Construction Works In the deadline of 12 months Project Analysis Dam Security General Directorate for Forests License for construction in maximum of 100 days after request Inspection 2 visits 250 visit License of Water Use after inspection max 4S days EXPLOITATION Inspection annual visit 250 visit _ _ M M i M M M M me a es es mm mm ee eu me ee me ms PROMOTER STEPS EVTE tax of 1500 EE Connection Point to Preliminary the Grid Request Studies for Previous Information to DGE Study of Environmental Incidences tax of 400 DGE Information about the Connection Point Taxof250 Project of Electric Installations Project of Hydraulic Infrastructures Guarantee for execution 5 ofthe expected investment Guarantee for environmental recovery 2 of investment 2 years ESHA 2005 ENERGY STEPS Information about Connection to the Grid Attribution ofthe reception point License of Establishment License of Exploitation after inspection by DGE Pour information les taxes et garanties n cessair
401. tiques g om triques de diff rents profils de canal 55 Tableau 2 6 Formules empiriques utilis es pour estimer yc dans les canaux 55 Tableau 3 7 Valeurs types du coefficient de Manning n pour des cours d eau 69 Tableau 3 8 D bit technique minimum des turbines 79 Tableau 39 enteres pes Dour une CHE de projel Rs ed nn Ce nn nee annee 83 Tabledi 3 10 Probabilite d OCCUT NCES 5 nement teint EEE 83 Tableau 5 11 Param tres hydrauliques pour des sections transversales de canal conventionnelles 135 Tableau 5 12 Profil optimum pour diff rentes sections de canal 135 Tableau 5 13 Diff rentes caract ristiques de mat riaux 145 Tableau 6 14 Confic uratiomde turbine Kaplan ss Lu de M NA AN A 172 Tableau 6 15 Echelle de vitesse sp cifique pour chaque type de turbine 177 Tableau 6 16 Domaine d utilisation des diff rents types de turbines 182 Tableau 6 17 Capacit de r ponse aux variations de chute et de d bit des diff rents types de turbines 183 Tableau 6 18 lt Vitesse de rotation des S N PALEULS ni et a NN Nr ere 187 Tabl au 6 19 Vitesse d emballement des turbines tai at entente tiie teinte 187 Tableau 6 20 Niveaux de rendement des petites turbines 2 5 88suet don de ni un 191 Tableau 6 21 Niveau de rendement des petits g n rateurs 195 Tableau 7 22 Impacts durant la constr ctio Msense a a a a eia 210 Tableau 725 Impacts durant e ONCHONNeMENL a E Oa 211 Tableau 7 24 M th
402. tite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Sur le diagramme de Moody pour e D 0 00062 et R 1 3 10 nous avons f 0 019 A partir de l quation 2 4 500 1 886 h 0 019 0 9 2 9 81 1 91m En pratique la formule de Colebrook White 2 9 et le diagramme de Moody peuvent tre utilis s pour r soudre les probl mes suivants pour des coulements en charge dans des conduites l U ou Q et e tant donn s calculer hs 2 U ou Q hret e tant donn s calculer D 3 D hr et e tant donn s calculer U ou Q 4 U ou Q D hr tant donn s calculer e Des probl mes de type 3 ou 4 peuvent tre r solus directement en utilisant la formule 2 9b tandis que les autres probl mes n cessitent une solution it rative Le diagramme de Moody fournit une solution directe pour les probl mes de type 1 et 4 De m me s1 l on souhaite conna tre la vitesse maximum s coulant dans une conduite de diam tre D et de longueur L sans d passer une perte de charge par frottement h il suffit d utiliser une variable ind pendante u l 2 10 En substituant R par sa valeur en 2 2 et f par sa valeur en 2 4 on obtient eD h u Tig 2 11 o tous les param tres sont connus Une fois que u est calcul f est tir de 2 10 et introduit dans 2 9 pour donner ef D 2 51 3 7 21 EF R 24 2U log o 2 12 Cette
403. tographie 5 13 repr sente une grande vanne papillon en cours de montage dans une centrale et la photographie 5 14 repr sente une vanne papillon actionn e par un v rin hydraulique avec son syst me d ouverture contrepoids l entr e d une petite turbine Francis Photographie 5 25 Grande vanne papillon Photographie 5 26 Vanne papillon Les vannes sph riques figure 5 27 ont des pertes de charge moins importantes que les vannes guillotine ou les vannes papillons R sistant cependant des hautes pressions elles sont couramment utilis es en d pit de leur co t plus lev Les vannes segment de conception diff rente permettent de r gler une lame d versante sur le dessus et un contr le pr cis de l eau en amont et en aval La photographie 5 15 montre une vanne segment sur la gauche pr te tre install e et emplacement du segment entre deux piles en b ton droite Une telle vanne s l ve ou s abaisse pour permettre l eau de passer Le plateau incurv qui forme la face en amont est concentrique par rapport aux pivots de la vanne Ceux ci sont ancr s dans les piles et supportent toute la charge hydrostatique De ce fait les efforts n cessaires la man uvre de levage sont minimis s 124 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Les pertes de charge dans les vannes sont relativement lev es particuli rement lorsqu il s agit de dispositifs
404. tre trouv e dans le document pr par par ESHA dans le cadre du r seau th matique sur la petite hydro lectricit disponible l adresse Internet www esha be 7 4 3 2 2 M thodes bas es sur des valeurs hydrologiques ou statistiques Un groupe de m thodes se r f re un taux de d bit moyen MQ de la rivi re au niveau d une section transversale donn e Le d bit r serv obtenu varie de 2 5 de MQ pour la m thode Cemagref appliqu e en France 60 pour la m thode Montana USA appliqu e lorsque la p che pr sente une grande importance conomique De mani re typique un chiffre de 10 du d bit moyen est utilis pour le d bit r serv Un deuxi me groupe de m thodes se r f re au d bit moyen minimum MNQ de la rivi re Le d bit r serv calcul suivant ces m thodes varient de 20 Rheinland Pfalz Hessen D 100 Steinbach A de MNQ Un troisi me groupe de m thodes se r f re aux valeurs fix es sur la courbe des d bits class s Dans ce cas on choisit une grande vari t de valeurs comme r f rences e Qs Swiss Alarm limit value method ou M thode Suisse de valeur limite Matthey m thode lin aire 214 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Q 4 M thode allemande B ttinger e MNQ valeur moyenne minimum de d bit durant les sept mois avec les d bits naturels les plus lev s MNQ d bit moyen minimum en a
405. tricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 En variante Drm e 5 13 L quation ci dessus s applique pour les unit s SI Pour utiliser des unit s anglo saxonnes l quation doit tre modifi e en 1 4947 S T 5 14 Q o Q est en ft s A en ft et P en ft n a la m me valeur que pr c demment L quation ci dessus montre que pour la m me section transversale A et la m me pente de canal S un canal avec un rayon hydraulique R plus grand d livre un plus grand d bit Cela signifie que pour une section transversale donn e la section ayant le p rim tre le moins mouill est le plus efficace sur le plan hydraulique Les sections semi circulaires sont par cons quent les plus efficaces Une section semi circulaire moins d tre construite avec des mat riaux pr fabriqu s entra ne toutefois une construction et une maintenance co teuses et difficiles La section trap zo dale la plus efficace est le demi hexagone dont les berges ont une pente de 1 0 577 Cela est uniquement vrai si le niveau d eau atteint le niveau du sommet de la berge Les dimensions r elles doivent inclure une revanche distance verticale entre la surface d eau d finie et le sommet de la berge pour emp cher des d versements au dessus des berges par suite des fluctuations de niveau La revanche minimum pour des canaux rev tus est d environ 10 cm et pour des canaux non rev tus celle ci doit correspond
406. truit constituera une partie du canal de d rivation C est la raison pour laquelle le niveau d eau dans le r servoir ne peut pas varier de plus de deux m tres et conf re au bassin le caract re d un lac naturel centrale 207 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Photographie 7 41 Seuil de Cordi anes pm as i k i Be pir 7 2 Bi mem X m ER COS N Ji iamm CI sj F s 1 m poun a ET A propos de seuils exemple de Vilhelmina en Su de construit en terre avec un noyau imperm able est int ressant La surface de cr te de l ouvrage et la pente en aval sont prot g es de l rosion par des couches de grosses pierres et de blocs de rochers encastr s dans le b ton arm jusqu la moiti de sa hauteur La pente l aval pr sente une inclinaison normale de 1 3 exception d une section de 40 m de large et d inclinaison 1 10 La conception permet des poissons de passer par dessus le barrage interm diaire en amont Ce barrage comporte un autre avantage environnemental puisque m me avec un petit d bit il a l apparence de rapides naturels Photographie 7 42 Barrage de Vilhelmina en Su de p Un canal ouvert construit en structure en b ton arm part de la prise d eau avec une section de 2 x 2 5 m et une longueur de 1 335 m enti rement enterr et recouvert d une couche de terre et de v g
407. ts de 5 0 m s et plus 90 24 66 D bits de 4 5 m s et plus 100 27 5 D bits de 3 0 m s et plus 142 39 D bits de 2 0 m s et plus 183 50 D bits de 1 5 m s et plus 215 58 9 D bits de 1 0 m s et plus 256 70 D bits de 0 35 m s et plus 365 100 Il est d s lors ais de tracer la courbe des d bits class s comme illustr par le graphique 3 8 62 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 3 31 Exemple d une courbe de d bits class s 40 60 Dur e pourcentage de l ann e La plupart des stations de jaugeage tant informatis es cette courbe est tr s facile obtenir gr ce l usage des tableurs informatiques Pour de nombreuses rivi res le rapport entre les d bits de crue et les d bits minima pouvant tre sup rieur deux l usage d une chelle logarithmique pour les ordonn es Q permet une meilleure pr sentation La courbe des d bits class s se pr sente alors sous forme d une droite La figure 3 9 reprend les m mes donn es que la figure 3 8 mais avec une chelle logarithmique pour l axe vertical Figure 3 32 Exemple de courbes de d bits class s avec une chelle logarithmique 10 d bit 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Dur e 3 4 3 Courbes des d bits class s standardis es Les courbes de d bits class s de diff rentes rivi
408. ts sur les barrages en b ton 111 Fig re 5 55 Structures de d versoirs fixeset MODII S n ares Nissan 113 Figure 5 56 Caract ristiques et formules de calcul de d bits pour les d versoirs 114 Fisur 5 57 Connguranon de Seul Ssacenn a E dieser ins 115 Figure 5 58 Caract ristiques et formules de d bit pour des d versoirs avec vannes 116 Fours 59 Balardeauz NCASH S Ctar CM eS esiisa in GR AS Nadine 117 Figure 5 60 Courants secondaires dans les courbures de rivi res 117 Flore 5 61 Agencement typed une prise laterale ann A Rene el nn id ve 118 Fiure s 02a Prese d eau dte par em dessous sorin aia nain EA 119 Fioure 5 07 2 Prise deau D FO HER as NE aeaa ie Ole ee a 120 Figure 5 64 Prise d eau fran aise Canal construit dans le lit de la rivi re et prot g par une grille 121 Fiour 5 65 NoCnCe ment de CTOMIES ee seen 122 Figure 5 66 Formule de calcul de pertes de charge dans les grilles 123 Figure 07 D nlleurOl Oo AN dr que ss nie ends ess ere 124 Fisure 5 68 Hauteur minimale d r couvr mMent is santa inner 127 Fiour 5 09 Bassins de CANAL ent etui ta lens a a aS 128 Figure 5 70 Dispositif d arr t en forme d co ai nintendo 130 Figure 571 Vanne papillon pAnCIpe rss r E AT moine 132 Hioures 72 Vanne Sph riqQue PINCIDE karirna E O EEA AT 132 Fees mrC onen onres Caina a a a a alain tel ler in 139 Figures 74 Canal renonce roctaneulaile onrar a 139 Figure 5 75 Mat riaux
409. u niveau des joints Aujourd hui il existe un grand choix de mat riaux pour les conduites forc es acier fonte PEHD b ton me en t le etc Pour les fortes chutes et les diam tres importants la construction m cano soud e est souvent le meilleur choix Toutefois les tubes soud s en spirale sont consid rer s ils existent dans la dimension requise car leur prix est comp titif Pour des hautes chutes les conduites en fonte ductile ou en acier sont souhaitables mais pour des moyennes et basses chutes l acier est moins appropri En effet les couches de protection contre la corrosion internes et externes ne 134 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 diminuent pas avec l paisseur de paroi et de plus il existe une paisseur de paroi minimum pour la conduite Pour des diam tres plus petits 1l faut choisir entre e des conduites en acier m cano soud es munies d un assemblage en tulipe et joints toriques qui vitent le soudage au chantier ou de brides soud es boulonn es sur site figure 5 33 e des conduites en b ton centrifug ou pr contraint e des tuyaux en fonte ductile embo t s en tulipe avec joints e des conduites en amiante ciment e des conduites en plastique renforc de verre GRP et des tuyaux en plastique PVC ou en poly thyl ne PE Le tuyau en plastique PE14 est une solution tr s attractive pour des moyennes chutes
410. u suffisant et r gulier Deuxi mement les conditions topographiques du site doivent permettre de concentrer l nergie r partie le long d un tron on de cours d eau en un point partir duquel la hauteur de chute sera suffisante pour produire de l nergie Cette d mivellation peut tre cr e par un barrage en guidant l eau parall lement la rivi re dans un canal ou une conduite dont les pertes de charge sont r duites par rapport l coulement naturel ou comme c est tr s souvent le cas par une combinaison de ces deux proc d s Le projet d exploitation d un tron on de rivi re ou d un site sp cifique est l une des t ches les plus complexes pour un ing nieur en hydro lectricit car il existe de nombreuses configurations possibles pour un site Il s agit par cons quent de trouver la solution optimale pour l am nagement du site le type de barrage le syst me de transport d eau la puissance install e l emplacement de diff rentes structures etc La comp tence d un ing nieur en hydro lectricit d pend de ses connaissances techniques et de son exp rience tant donn qu une approche d optimisation strictement math matique est impossible en raison du grand nombre des possibilit s en fonction des conditions sp cifiques au site Lorsque la topographie d un lieu est appropri e la production d hydro lectricit il faut dans un premier temps tudier la disponibilit
411. ue 170 Figure 6 94 Coupe d une turbine Kaplan double r glage 171 Figure 6 95 Coupe longitudinale d une turbine bulbe double r glage 171 Figure 6 96 Coupe d une installation de turbine Kaplan axe vertical 173 Figure 6 97 Coupe d une installation de turbine Kaplan en siphon axe inclin 173 Figure 6 98 Coupe d une installation de turbine Kaplan en siphon invers e 173 Figure 6 99 Coupe d une installation de turbine Kaplan axe inclin 173 Figure 6 100 Coupe d une installation de turbine Kaplan en SR 173 Figure 6 101 Coupe d une installation de turbine Kaplan renvoi d angle et axe inclin 173 Figure 6 102 Coupe d une installation de turbine Kaplan en puits et axe inclin 174 Figure 6 103 Trac des roues de turbine Francis en fonction de la vitesse sp cifique ns 176 Figure 6 104 Vitesse sp cifique en fonction de la chute nette Hn E g 177 Fioute 6 10 Caracteristiques CES ID I C LES es rendent on de 179 Four 0 106 COUDE TU TOUS Fraine I S ea E nn dei Cut 180 Figure 6 107 Coupe d une turbine Kaplan a etienne 181 Figure 6 108 Domaine d utilisation des diff rents types de turbines 183 Fisur 0 109 Limites d Ca valoir nent nat 186 Figure 6 110 Comparaison entre la mesure de rendement d une turbine r elle construite sans d veloppement en laboratoire et les performances possibles avec une technique garantie 188 Figure 6 111 Repr sentation sch matique d
412. ue Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 P masse volumique de l eau 1 000 kg m o Il nombre d heures quivalentes de fonctionnement au d bit m dian Figure 3 35 D finition du d bit r serv 8 6 M Inn 6j l LUN d bi minimum iiit IE NNNRNNY 0 20 40 60 80 100 de temps pendant le quel le d bit est atteint ou d pass N d bit r serv HI zone utilisable La production d nergie est calcul e par int gration de la courbe des d bits class s Une mani re simple de proc der est de diviser la zone utilisable en tranches verticales de largeur quivalant par exemple 5 du temps La derni re bande coupe la courbe de d bits class s au niveau de Qmin Qnin tant le d bit minimum techniquement turbinable Pour chaque bande on calcule le d bit m dian Qu dian et on rel ve la valeur correspondante du rendement de la turbine Mimbine sur une courbe standard ou sur la courbe garantie si la turbine est d j connue La production d nergie correspondant la bande consid r e est calcul e suivant l quation AE p X aidan X 4 X Hi X T turbine X M g n rateur X Tl multiplicateur X Mtransformateur X h La production d nergie annuelle moyenne est alors la somme de la production d nergie de chaque bande La puissance de chaque turbine W est donn e par le produit de son d bit nominal
413. ue d un bassin versant Afin de d terminer une crue de projet en utilisant une mod lisation hydrologique il est n cessaire d introduire la valeur des pr cipitations dans un mod le hydrologique comportant diff rents l ments Celle ci est associ e d autres facteurs critiques tels que la perm abilit et l humidit du sol la fonte des neiges la quantit d eaux souterraines etc Il est par cons quent indispensable de confier cette t che des experts Figure 3 38 Composants d un mod le hydrologique Neige et pluie Amoncellement et aas de neige Evaporation et transpiration Stockage d eau dans le sol Eaux souterraines pr s de la surface Eaux souterraines en profondeur Drainage dans les cours d eau Stockage dans les lacs mod ration du d bit 77 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Bibliographie l Jos Llamas Hidrologia General Principios y Aplicaciones Servicio Editorial de la Universida del Pais Vasco 1933 ISO 1100 1 1996 Measurement of liquid flow in open channels Part 1 Establishment and operation of a gauging station ISO DIS 110 2 Measurement of liquid flow in open channels Part 2 Determination of the stage discharge relation revision de ISO 1100 2 1982 ISO 2537 1988 Liquid flow measurement in open channels Rotating element current meters ISO 955 1 199
414. uis la prise d eau un canal rectangulaire construit en b ton arm section de 3 x 2 m est suivi par un autre canal en tunnel de 600 m de long Celui ci d bouche dans un r servoir construit pour stocker de l eau pour les heures de pointe R alis en compressant un m lange de sable et d argile 1l s est malheureusement av r insuffisamment tanche l eau Depuis ce r servoir un autre canal construit l aide de sections pr fabriqu es en b ton et acier achemine l eau vers la chambre de mise en charge situ e 100 m au dessus de la centrale 92 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 4 48 Profil en long de l am nagement de La Marea centrale Figure 4 49 Vue en plan de l am nagement de La Marea rio Marea r servoir d eau C9 D chambre de mise en charge NE mr A NT a prise d eau tunnel V NI ravi glisement D de terrain nduite forc e centrale Le canal est implant sur une pente raide et repose sur du gr s fortement expos aux intemp ries Par deux fois une forte pluie s est abattue sur le canal durant sa construction et durant sa mise en service Imm diatement apr s la mise en eau le r servoir s est rempli et de l eau a commenc s infiltrer dans le terrain Le gr s d tremp n a pas pu r sister la contrainte tangentielle et un glissement de terrain a rompu la base du r servoir photographie 4 9 Des masses import
415. uit approximativement la formule O k 0 42 1 E A IF 2 18 Pour un largissement brusque K est remplac par Kex Dans ce cas la perte de charge est donn e par m n f nyn f ayr eyw EAA A 2g Fj 2g A 228 D 2e N 2 j A 2 19 o V est la vitesse d eau dans la conduite de plus petit diam tre La figure 2 5 est une repr sentation graphique des valeurs de K et Kex en fonction de d D La perte de charge peut tre r duite en utilisant une forme de transition progressive convergente pour la contraction divergente pour l largissement Figure 2 13 Valeurs de K et de K en fonction de d D V vitesse moyenne dans le conduit de plus petit diam tre 1 0 expansion brusque 0 8 l e d v D A 0 6 K contraction brusque 0 4 0 2 0 0 2 0 4 d D 06 0 8 1 0 Dans un convergent la perte de charge varie avec l angle de convergence comme indiqu dans le tableau ci dessous o les valeurs de K sont exp rimentales Angle K 34 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 30 0 02 45 0 04 60 0 07 Dans le diffuseur l analyse du ph nom ne est plus complexe La figure 2 6 montre les valeurs de Kx d duites d essais pour diff rents angles de divergence La perte de charge est donn e par L L F 1 Fa 2
416. un dysfonctionnement du syst me de commande de la turbine doit tre calcul selon l quation mentionn e ci dessus Dans les conduites forc es en acier les contraintes compos es transitoire et statique sont fonction la fois de la r sistance la traction maximale et de la limite lastique Dans le cas d un coup de b lier normal la contrainte combin e doit tre inf rieure 60 de la limite lastique et 38 de la r sistance la traction maximale Dans le cas d un coup de b lier d urgence les contraintes combin es doivent tre inf rieures 96 de la limite lastique et 61 de la r sistance la traction maximale Les conduites commercialis es sont utilis es selon la pression de travail maximum sous laquelle elles sont pr vues pour fonctionner La pression nominale d une conduite inclut un facteur de s curit et peut quelques fois inclure une tol rance pour les surpressions Les facteurs de s curit et les tol rances aux surpressions d pendent des normes utilis es Figure 5 81 Chemin e d quilibre Si l am nagement est susceptible de g n rer des coups de b lier un dispositif pour r duire ses effets doit tre tudi Le dispositif le plus simple est la chemin e d quilibre qui peut sch matiquement tre consid r e comme un grand tube connect au niveau de sa base la conduite forc e et ouvert l atmosph re L action fondamentale d une chemin e d
417. un obstacle la concurrence Haut degr de puissance du march parmi des compagnies de producteurs existantes qui g nent les nouveaux entrants Infrastructure d interconnexion insuffisante entre les Etats membres e R sultats de l ouverture du march aux clients Les deux cons quences imm diates d une ouverture du march sont une baisse normale des prix d lectricit et une opportunit de changer de fournisseur et de n gocier N anmoins la tendance des prix d lectricit depuis 1999 n est pas la baisse de mani re notable en UE La tendance varie en fonction du pays avec quelques exp riences d Etats membres pour lesquels des prix sont en augmentation et l effet de baisse est plus notable avec des grands consommateurs industrie que des plus petits domestiques En ce qui concerne le changement de fournisseurs et la possibilit de n gocier dans presque tous les EM la majorit des grands clients ligibles ont profit de l opportunit d explorer d autres fournisseurs Pour les clients plus petits le nombre de consommateurs changeant de fournisseurs a augment en Allemagne et en Autriche e Le probl me du service public Les Etats membres sont conscients du besoin de garantir la s curit d alimentation de proposer des services de hauts niveaux tous les clients et de d fendre les objectifs environnementaux de la Communaut Des solutions cl formul es dans les EM incluent entre a
418. une centrale d lectricit E SER e Autorisation de production d lectricit e Autorisation d installation e Autorisation de fonctionnement La premi re est obtenue un niveau national et fournit une approbation initiale pour la faisabilit du projet G n ralement il est plut t simple d obtenir cette licence s il n existe pas de r elles contraintes L autorisation d installation est la plus difficile obtenir des trois La proc dure est tr s compliqu e et implique un grand nombre d organismes R cemment avril 2003 une nouvelle d cision minist rielle 1726 2003 a t publi e pour simplifier et acc l rer la proc dure d obtention de cette licence L autorisation de fonctionnement est accord e apr s la fin de tous les travaux de construction et certifie d une part que la centrale a t construite selon les deux autres licences et d autre part que les tudes demand es ont t soumises en accord avec le cadre l gal existant 9 3 1 1 Autorisation de production d lectricit L acquisition de l autorisation de production d lectricit est la premi re tape d acquisition de toutes les autorisations n cessaires pour construire et faire fonctionner une installation d lectricit SER Cette autorisation est donn e par le minist re du d veloppement selon l opinion de l autorit de r glementation de l nergie La demande d autorisation est accompagn e des
419. une conduite en PVC de 0 4 m de diam tre peut tre utilis e jusqu une chute maximum de 200 m tres parce qu il est souvent plus conomique plus l ger et plus facile utiliser que l acier et ne n cessite pas de protection contre la corrosion Les conduites en PVCIS sont faciles installer gr ce l assemblage embo t en tulipe muni de joints toriques Les tuyaux en PVC sont habituellement install s sous terre avec une couverture minimum d un m tre En raison de leur r sistance r duite aux rayons UV ils ne peuvent pas tre utilis s en surface moins d tre peints enrob s ou rev tus Le rayon minimum de courbure d un tuyau en PVC est relativement grand 100 fois le diam tre d une conduite et son coefficient de dilatation thermique est cinq fois plus lev que pour l acier Ils sont galement fragiles et inappropri s pour des sols rocheux Figure 5 77 Conduite forc e avec blocs d ancrage en b ton et joints de dilatation gt A gt A blocs de support gt B DEd a y SECTION B B SECTION A A SECTION C C par les joints de dilatation 135 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Les tuyaux en PEI6 poly thyl ne de poids mol culaire lev peuvent tre pos s sur le sol et s adapter aux courbes de 20 40 fois le diam tre de tuyau pour des courbes p
420. up rieure au d bit cologique minimum Un d bit r serv est la valeur de seuil pour la production d nergie dans les conditions conomiques ou 4 du d bit de la petite centrale hydro lectrique Le d bit r serv doit tre gal 5 12 du MNQ au maximum Index de Qualit d Habitat Habitat Quality Index HQI USA Ce mod le se base sur un rapport entre la capacit de vie des salmonid s dans un tron on de rivi re et un ensemble de param tres cologiques La collecte d un grand nombre de donn es environnementales diff rentes est n cessaire pour calculer la biomasse destin e aux salmonid s pouvant vivre dans l tendue identifi e de la rivi re Index de Qualit de Retenue Pool Quality Index Ce mod le est d riv de la m thode HQI elle se base sur la maximisation de la diversit hydraulique c est dire que plus le nombre de retenues naturelles pools est lev dans un cours d eau plus le d bit r serv est bas En fonction du pourcentage de retenues pr sentes la m thode fournit les valeurs suivantes pour un d bit r serv devant tre compar es aux valeurs obtenues par les m thodes d crites dans 7 4 3 2 2 7 4 3 2 3 7 4 3 2 4 e 7 9 de MQ e 50 70 de Q355 e 3 6 4 3 l s km Simulation des conditions futures dans la section d riv e de la rivi re Ce concept de simulation correspond au d bit d un cours d eau r gul artificiellement un moment particulier et dans un tron
421. ur de chute brute peut tre estim e rapidement soit par un relev de terrain soit en utilisant un GPS Global Positioning System ou encore par des techniques d orthophotographie L nergie massique disposition ou chute nette en fonction du d bit de l am nagement peut facilement tre calcul e sur la base des lois de l hydraulique On se r f rera pour cela aux chapitres 3 4 5 et 6 2 1 Le choix de la solution technique la plus appropri e est le r sultat d un processus it ratif dans lequel topographie et sensibilit environnementale sont des aspects pr pond rants Une connaissance approfondie des lieux est n cessaire pour viter de futurs incidents en phase d exploitation de la centrale Les technologies d analyse et valuation connaissent actuellement des transformations importantes gr ce aux technologies nouvelles qui apportent une assistance appr ciable la conception du projet et la r duction des co ts 4 2 Cartographie Dans les pays industrialis s des cartes d taill es et r centes sont g n ralement disponibles Le territoire de l UE a t ou est en train d tre digitalis et une cartographique une chelle atteignant le 1 5 000 est d j disponible En revanche dans les pays en d veloppement l ing nieur aura de la chance s il peut trouver des cartes au 1 25 000 Des photographies a riennes de la topographie peuvent tre substitu es aux cartes si celles ci ne peuvent tre trou
422. ur des turbines g om triquement semblables aux prototypes industriels Dans le cas de la petite hydraulique la dimension des machines test es est souvent tr s proche de celle des machines r alis es En suivant les normes en vigueur dans ce domaine des r sultats fiables et transposables sont obtenus De plus le comportement hydraulique de la turbine peut tre observ dans toute l tendue de sa plage de fonctionnement Il est ainsi possible de corriger les ventuels d fauts avant la construction de la machine Le rendement garanti par les constructeurs de turbines doit tre v rifi conform ment la Norme internationale pour les essais de r ception sur site de turbines hydrauliques publication CEI 60041 ou conform ment la Norme internationale pour les essais de r ception sur mod les r duits publication CEI 60193 Le rendement est d fini comme le rapport entre la puissance m canique d velopp e par la turbine puissance m canique l arbre de turbine la puissance hydraulique disposition de la turbine d finie selon l quation 6 1 n LI 631 h Comme indiqu sur la figure 6 29 la turbine n est pas limit e sa roue Les normes d finissent clairement les limites de la turbine et le constructeur doit donner ses garanties conform ment ces limites Celui ci indique galement des crit res de qualit que le propri taire doit respecter comme par exemple la r partition de vitesse et la
423. ur les centrales hydro lectriques les petites en particulier De plus la nouvelle loi sur l nergie nucl aire qui rentre en vigueur modifie la loi sur l nergie en introduisant un fonds de compensation prise partir du transport haute tension pour financer les taux pr f rentiels accord s aux producteurs d nergie partir des PCH L accord de la concession peut tre de comp tence cantonale canton de Vaud par exemple communale cas du Valais ou bourgeoisiale dans quelques cantons Il n y pas de demande de concession de niveau f d ral Cependant 1l existe une autorit pour la supervision des grandes installations Les centrales utilisant de l eau potable et des eaux us es ne n cessitent pas de concessions En g n ral une simple autorisation du canton est suffisante Ceci n est pas syst matique La proc dure normale est donn e dans le chapitre 7 du document Guide pratique pour la r alisation de petites centrales hydrauliques Ce document est t l chargeable partir de l adresse Internet http www smallhydro ch download pacer 244_f pdf Pour plus d information contacter le bureau f d ral de l nergie http www suisse energie ch internet 02007 index html lang fr L annexe A donne une vue d ensemble g n rale du cadre l gal actuel auquel le secteur des petites centrales hydro lectriques doit se conformer au niveau europ en 268 ANNEXE A LA PETITE HYDROELECTRICITE S
424. ur r duire les contraintes r glementaires afin d augmenter la production de SER comme gt y O Y L La fixation d un point de r ception unique pour les demandes d autorisation Assurer la coordination entre les diff rents corps administratifs impliqu s et l tablissement de d lais raisonnables L tablissement d une proc dure d am nagement de fili re ultra rapide pour les producteurs de SER L o elle est applicable la possibilit d tablir des m canismes sous lesquels l absence d une d cision par les corps comp tents sur une demande d autorisation l int rieur d une certaine p riode r sulte automatiquement en une autorisation La production de directives sp cifiques d am nagement pour des projets de SER L identification au niveau national ou r gional de sites appropri s Une nouvelle capacit pour produire de l lectricit de SER L introduction de programme de formation pour le personnel responsable des proc dures d autorisation e Publier un rapport cet effet en exposant les conclusions obtenues sur le choix de l action engager dans les deux ans apr s l entr e en vigueur de la Directive La Commission pr senterait sur la base des rapports des tats membres un rapport sur l exp rience des Etats membres en soulignant la meilleure pratique La Directive 2003 54 CE concernant les r gles communes pour le march int rieur de l l
425. us lesquels passe la galerie La figure 4 5 montre une coupe sch matique de la galerie sous les colluvions et la figure 4 6 repr sente la couche de b ton s adaptant sa section finale Photographie 4 6 Vue des colluvions de Cordi anes sous lesquels passe la galerie Figure 4 43 Coupe sch matique de la galerie sous les colluvions Effondrements superficiels E V Y r dain A FT s c F2 ue Lee Lu ee Village Sa PP CE CRE DRI A ELP EEE Pias lt si 60 m 57 i A A oi iaa RA 2 c rog e formation colluviale E roche calcaire 86 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 4 44 Finition en b ton d finissant la section finale de la galerie Canal dans le tunnel Ciment inject Formation colluviale Drain D tail de la conduite du drainage dr Les travaux d excavation ont t extr mement difficiles en raison de la grande vari t et de l h t rog n it des blocs qui allait de simples pierres des rochers de plusieurs m tres cube Les caract ristiques du terrain rendaient ici inadapt e l utilisation de charges explosives importantes De plus l utilisation d un tunnelier n tait pas r alisable L excavation a d tre r alis e m tre par m tre en utilisant de petites charges explosives pour r duire la taille des blocs qui ne pouvaient tre manipul s Photographie 4 5 Photo
426. us tard dans le cas o d autres producteurs sont susceptibles d utiliser les quipements pay s par le premier promoteur 259 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 9 2 5 Autres proc dures Il peut tre galement demand de suivre d autres proc dures telles que e Autorisation de d frichement Une autorisation est n cessaire pour effectuer des travaux de d frichement en fonction du statut juridique de la for t L autorit devant tre contact e est celle en charge de l agriculture et des for ts e Convention avec les riverains et propri t fonci re Un promoteur de PCH n est pas toujours le propri taire de l int gralit du terrain utilis Il peut tre amen construire une conduite forc e un chemin d acc s ou une partie de voie navigable sur un terrain voisin Le promoteur va devoir trouver un accord avec les propri taires concern s par le projet Dans le cas o la municipalit est le promoteur elle a souvent des droits et des pouvoirs suppl mentaires sur le promoteur priv qu elle est m me d exercer en toute libert Si aucun accord n est obtenu la municipalit peut se pr valoir de l int r t public ce qui n est pas le cas pour un promoteur priv 9 3 Quelques exemples pratiques 9 3 1 Gr ce Selon la l gislation grecque actuelle trois licences principales sont demand es pour la construction et le fonctionnement d
427. utilis s pour la protection ss 139 Four 0 CONNUE LOGOS A See den di di dont 142 Figure 5 77 Conduite forc e avec blocs d ancrage en b ton et Joints de dilatation 143 Fiure 3 7867 Conduite en acier mecano Sonde eivit a ET R ns nn 144 Fileuse Ss 797r OPADA CONOMIQUE ea AE A NE 147 Figure 5 80 Conduite forc e pertes de charge et turbulence 4 148 Fioute 5 61 Chemin e C QUINDES eassa E a A non anti 154 Figure 5 82 Variation de la hauteur d eau dans la chemin e d quilibre en fonction du temps 155 Figure 6 83 Coupe sch matique d une centrale basse chute int gr e au barrage 160 Figure 6 84 Coupe sch matique d une centrale moyenne ou haute chute 160 Figure 6 85 Vue sch matique d un am nagement hydro lectrique et des sections de mesure 163 Figure 6 860 Coupe d un in cReur avec d fI CIQUR sis smart han tonte essentiel 164 Figure 6 87 Vue d une Pelton deux injecteurs et axe horizontal 165 Figure 6 88 Vue d une Pelton 2 injecteurs et axe vertical 165 Figure 6 89 Principe dun turbin TU Onkos nie dede demon 166 Figure 6 90 Sch ma de principe d une turbine flux traversant 166 Figure 6 91 Principe de fonctionnement des directrices du distributeur 168 Figure 6 92 V e dune turbine Francis 4 axe v ruealss iii E E 169 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Figure 6 93 Energie cin tique restant en sortie de ro
428. ution pr sents sur leur territoire garantissent le transport et la distribution de l lectricit produite partir de sources d nergies renouvelables Ils peuvent en outre pr voir un acc s prioritaire au r seau de l lectricit produite partir de sources d nergies renouvelables Pour ce qui est de la distribution de l lectricit produite par les installations de production les op rateurs des syst mes de transport donnent la priorit aux installations utilisant les sources d nergies renouvelables dans la mesure permise par le fonctionnement du syst me lectrique national La directive exige que les Etats membres demandent aux op rateurs de syst mes de transmission et de distribution qu ils tablissent et publient les r gles standard concernant les supports de co ts des adaptations techniques telles que les raccordements au r seau et les renforcements de r seau qui sont n cessaires dans le but d int grer l lectricit de nouveaux producteurs produite partir de sources d nergies renouvelables l int rieur du r seau interconnect et m me de supporter totalement ou en partie les co ts des raccordements au r seau et des renforcements de r seau La question de savoir qui va devoir payer pour ces investissements de consolidation de r seau peut affecter le taux de consommation de SER E en g n ral Il faut noter que la directive sur l Electricit dans l article 7 2 pr voit que
429. utres des mesures pour augmenter le partage des nergies renouvelables e Acc s aux r seaux Deux questions affectent l acc s effectif au r seau Tarifs de r seau il existe une grande vari t entre les Etats membres en terme de nombre de compagnies exploitant les diff rentes parties du r seau de transmission et de distribution C est dans la plupart des cas un h ritage de la mani re dont la fourniture d lectricit a t organis e avant louverture du march Dans quelques cas comme la France l Irlande et la Gr ce il existe une seule compagnie nationale qui est propri taire du syst me de transmission et surtout du syst me de distribution au niveau national Dans d autres cas comme en Allemagne et en Autriche les syst mes de transmission sont exploit s sur une base r gionale avec une distribution bas e sur de nombreux domaines municipaux individuels D autres Etats membres sont entre ces deux extr mes en terme de nombre d op rateurs de syst me Tableau A 3 Acc s au r seau en UE lectricit z chelle Nombres Nombre charge chelle charge moyenne d entreprises d entreprises moyenne MOyenne moyenne haute de de estim e haute basse estim e basse transmission distribution MWh MWh MWh TARIFS DE R SEAU TOTAUX MWh mwn s os a D ENT l a ES D E D S CE D ES ne ea pi ti fs CE EE D VE TE TS CC RE AE AE TE TS DE o PE EE CE D
430. uvent tre obtenus aupr s des laboratoires hydrologiques nationaux Ces relev s peuvent tre de diff rent type chacun tant utile pour l valuation du potentiel de production du site consid r Ils comprennent e Des donn es de d bits mesur s pour un nombre de sites jaug s e Des caract ristiques de d bit pour ces sites telles que d bit moyen courbes de d bits class s d bit par unit de surface de bassin versant etc e Cartes hydrologiques etc 52 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 Il existe une agence des Nations Unies appel e Organisation Mondiale de la M t orologie ayant un service d information hydrologique INFOHYDRO dont un des objectifs est de fournir des informations concernant e Les organisations nationales et internationales gouvernementales et non gouvernementales e Les institutions et agences dans le domaine de l hydrologie e Les activit s hydrologiques et aff rentes de ces organismes e Les principaux bassins de rivi res et lacs internationaux du monde e Les stations d observation de r seaux hydrologiques des pays nombre de stations et dur e des enregistrements e Les banques de donn es hydrologiques nationales tat de collecte de traitement et d archivage de donn es e Les banques de donn es internationales en rapport avec les ressources en eau et l hydrologie Des informations suppl mentair
431. ux articles de De Siervo et De Leva ou de Lugaresi et Massa 6 2 4 Crit re de s lection de turbine Le type la g om trie et les dimensions de la turbine d pendent fondamentalement des crit res suivants e Chute nette e D bit maximum et variation des d bits e Vitesse de rotation e Ph nom ne de cavitation e Co t Comme indiqu pr c demment le dimensionnement pr liminaire et le choix d une turbine sont tous les deux des processus it ratifs Chute nette La chute brute ou d nivellation est d finie comme la diff rence entre l altitude du plan d eau amont la prise d eau et l altitude du plan d eau aval pour des turbines r action ou le niveau de l axe des injecteurs pour les turbines action Comme expliqu dans le chapitre 6 2 1 quation 6 4 la chute nette est d finie comme le rapport de l nergie hydraulique massique par l acc l ration terrestre et non pas simplement la d nivellation diminu e de la perte de charge Cette d finition est particuli rement importante pour les 173 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 am nagements de moyenne et basse chute l nergie cin tique restante pouvant tre cons quente relativement la d nivellation Le premier crit re prendre en consid ration dans la s lection de la turbine est la chute nette Le tableau 6 3 indique les domaines d utilisation de chaque type de turbine Comme on p
432. v es l chelle souhait e Toutefois celles ci diff rent des cartes sur un aspect important Une carte comporte une chelle variable uniform ment ou de fa on contr l e qui d pend du choix du type de projection de la carte La photographie a rienne au contraire ne comporte pas une chelle variant de mani re constante ou uniforme Outre les imperfections dues au syst me optique pouvant tre consid r es comme n gligeables pour toutes les applications pratiques deux facteurs majeurs sont responsables des variations d chelle d une photographie le relief topographique la terre qui quel que soit son relief n est jamais horizontale et l inclinaison de l axe optique de la cam ra Toutefois les appareils photographiques modernes suppriment la d formation provenant de l inclinaison axiale De plus les photographies a riennes peuvent tre visualis es de mani re st r oscopique ou en trois dimensions L effet st r oscopique permet au g ologue d identifier des types de roches de d terminer des structures g ologiques et de d tecter une instabilit de pente L ing nieur peut quant lui rassembler des donn es n cessaires pour le barrage les canaux ou la construction de la conduite forc e 79 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 En fonction de la pr cision n cessaire les photographies num ris es peuvent tre g ocod es rattach es un syst me
433. vant tre re ue par l lectricit des petites centrales hydro lectriques pour leurs b n fices environnementaux et sociaux Les Etats membres ont soutenu les SER d une ou de plusieurs mani res via la Recherche et D veloppement R amp D exon rations r ductions d imp ts prix garantis subventions d investissement et analogues La Commission elle m me a soutenu pendant plus d une d cennie la R amp D dans le cadre des nergies renouvelables dans le cadre des diff rents Programmes Cadre pour la Recherche et le D veloppement FPs six jusqu aujourd hui N anmoins gr ce au Livre Blanc et en particulier la Directive E SER des instruments politiques pour encourager l investissement dans la production d lectricit partir de SER ont t d velopp s en UE Il est clair que sans cadre tarifaire qui garantirait la pr visibilit de la r mun ration des investissements les technologies E SER n atteindront pas les objectifs indiqu s dans le cadre l gal La Directive E SER d finit les sources d nergie renouvelables comme sources d nergie non fossiles la proposition originale limitait l hydro lectricit des centrales jusqu 10 MW de capacit install e mais cette disposition a t limin e de la r vision finale Quelques Etats Membres comme l Espagne ont un tarif de vente de l lectricit produite dans des centrales ayant une puissance install e de 10 50 MW bien que la prime
434. variations par trop ponctuelles en retardant l ouverture du tiroir distributeur voir figure 6 35 Les syst mes modernes font cependant maintenant appel des r gulateurs lectroniques de type proportionnel int gral et d riv PID qui permettent d anticiper la man uvre en tenant compte de l volution et de la rapidit de la variation de vitesse Un groupe hydro lectrique connect un r seau lectrique stable c est dire dont la puissance est beaucoup plus grande que celle de l installation dont 1l est question ne n cessite aucun contr le de fr quence celle ci tant assign e par le r seau Cependant lorsque le g n rateur est brusquement d connect par exemple en cas de coupure du r seau la turbine acc l re jusqu atteindre la vitesse d emballement Comme la turbine le g n rateur et l ventuel multiplicateur de vitesse doivent tre con us pour r sister cette vitesse suffisamment longtemps pour permettre la fermeture des organes de r gulation de d bit sans g n rer de coups de b lier inacceptables pour l ventuelle conduite La r gulation de vitesse demande en outre de pouvoir disposer d une inertie suffisante des parties en rotation L inertie des petits groupes tant en g n ral faible 1l est parfois n cessaire de pr voir un volant d inertie disque m tallique fix l arbre de la turbine ou de l alternateur L inertie suppl mentaire permet de limiter l acc l ration en cas de coupure
435. vent tre pos es sur des fondations mises niveau ayant des pentes lat rales et des paisseurs ad quates non sujettes des probl mes d instabilit Un grand nombre de programmes de calcul de la stabilit de pente existent Ils vont de simples approches bidimensionnelles de sophistiqu es approches tridimensionnelles comportant une analyse graphique La liste des erreurs possibles particuli rement dans la configuration de canaux est si grande qu une tude minimale g omorphologique du terrain est recommand e d s la premi re phase du projet Le probl me est particuli rement compliqu dans des am nagements de haute montagne o la construction peut tre expos e aux intemp ries dans la zone de surface tout en tant affect e par diff rentes caract ristiques g omorphologiques telles que glissements de terrains solifluxion glissements de sol rotatifs ou plans et chutes de pierres Le seuil et le r servoir correspondant peuvent tre affect s par l instabilit des formations de surface pr sentes dans la zone d influence la retenue d eau pouvant elle m me affecter ces formations Si le barrage doit tre pos sur un sol non consolid la variation du niveau d eau peut g n rer une instabilit sur les pentes humides du r servoir Le long du canal ouvert de nombreuses caract ristiques g omorphologiques peuvent affecter son trace lesquelles combin es une forte pente peuvent potentiellement entra ner
436. versement et aux fuites ainsi qu l rosion dans le corps du barrage et de sa fondation Le taux de d faillance des barrages en remblai est sup rieur celui des barrages de b ton Les barrages de b ton ont par contre des inconv nients qui correspondent aux avantages des barrages en remblai e Ils exigent certaines conditions par rapport aux fondations e Ils exigent le traitement de mat riaux naturels pour s agr ger au site et l utilisation de grandes quantit s de ciment Ils n cessitent un processus de construction intensif et irr gulier entra nant des co ts lev s l unite D un autre c t les barrages de b ton ont certains avantages e Ils conviennent la plupart des chelles topographiques c est dire aux vall es larges ou troites supposer que les conditions de fondation soient bonnes e Ils ne sont pas sensibles au d versement e Un d versoir peut tre plac au niveau de la cr te et si souhait sur toute la longueur du barrage e Des chambres ou des galeries pour un drainage des travaux de tubage ou des travaux annexes peuvent tre facilement r alis s dans le corps du barrage e Les usines peuvent tre plac es en pied de barrage Le d veloppement du barrage en enrochement avec masque amont en b ton Concrete Faced Rockfil Dam CFRD supprime la plupart des inconv nients des digues en enrochements et noyau 98 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R
437. vironnemental notable 7 4 3 4 Nettoyage des grilles Presque toutes les centrales hydro lectriques comportent un dispositif de nettoyage de leur grille qui enl ve les mat riaux charri s par le cours d eau qui colmatent la grille feuilles emb cles etc afin d viter leur intrusion dans la centrale ce qui pourrait endommager les turbines et r duire r guli rement les pertes de charge engendr es par l obstruction partielle de la grille Chaque ann e des tonnes de d chets m nagers sacs plastiques bouteilles etc mais aussi les feuilles et des d tritus naturels sont enlev s des cours d eau Dans beaucoup de pays une fois qu un l ment y compris un mat riau organique feuilles branches etc est enlev du courant principal il devient automatiquement un d chet Si c est le cas il ne peut pas tre rejet dans l eau mais doit tre soigneusement vacu ce qui est souvent tr s co teux Si c est le cas 1l est clair que les petites centrales hydro lectriques jouent un r le fondamental dans le nettoyage de la rivi re Ce b n fice environnemental est souvent m connu mais repr sente clairement un impact positif des petites centrales hydro lectriques et il doit tre d ment pris en compte Des mesures appropri es devraient tre prises pour r duire les co ts induits pour les petites centrales hydro lectriques par exemple en r duisant les frais de destruction de d chets ou en permettant des trai
438. ynamique totale support e par la conduite forc e sera P Po AP 2 26 Dans le chapitre 6 plusieurs projets de conduite forc e sont pr sent s pour clarifier les concepts physiques pr c dents Pour une approche plus rigoureuse indispensable dans le cadre d une r alisation 1l est n cessaire de prendre en consid ration non seulement le fluide et le mat riau de conduite mais galement les pertes hydrauliques L approche math matique est plus difficile et requiert l utilisation d ordinateurs Pour les lecteurs int ress s Chaudry Fox et Parmakian entre autres donnent des m thodes de calcul et l tude de quelques exemples 2 3 coulements dans les canaux Contrairement aux conduites ferm es o l eau remplit enti rement l espace un canal comporte toujours une surface libre G n ralement la surface libre de l coulement est la pression atmosph rique qui correspond ordinairement la r f rence de pression z ro et est g n ralement consid r e constante sur toute la longueur du canal Dans un sens ce cas de figure en faisant dispara tre le terme de pression facilite l analyse mais introduit en m me temps un nouveau dilemme la forme de la surface tant a priori inconnue La profondeur de l eau change selon les conditions d coulement et dans des coulements transitoires son estimation constitue une partie du probl me Tout type de canal m me rectiligne a une distribution de vites
439. ypes de sols sont repr sent s l int rieur des bassins jaug s consid r s dans l tude Il existe en fait de nombreux mod les de bassins hydrologiques permettant le calcul du d bit pour un bassin versant donn Ceux ci prennent en compte la chute d eau moyenne quotidienne l vapotranspiration potentielle la composition du sol la pente du bassin la longueur du cours 65 Petite Hydro lectricite Guide Technique Pour La R alisation De Projets ESHA 2005 d eau et autres param tres Tous ces mod les permettent une analyse de la fonte des glaces et de sa contribution au d bit ainsi que l laboration de cartes de crues de profondeurs de crues et d impact de crues 3 4 4 Courbes des d bits class s partielles Si la courbe des d bits class s annuelle est importante pour d terminer la production annuelle 1l est n anmoins n cessaire de conna tre sa r partition au cours de l ann e La raison en est conomique puisque les tarifs de vente appliqu s aux producteurs ind pendants varient avec les saisons de l ann e et les heures de la journ e Des courbes partielles de d bits class s peuvent tre trac es aussi bien pour des p riodes particuli res de l ann e que pour des ann es particuli res C est en effet une pratique courante d tablir des courbes de d bits class s sur six mois d hiver et six mois d t Ceci peut tre r alis galement pour des mois sp cifiqu

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