1 / 82

Formation Hydroélectrique

Formation Hydroélectrique. Pour Tous !. Partie I. Hydrologie Typologies des Chutes Hydroélectriques Parc Hydroélectrique France Métropolitaine Variabilité de la Production. 1-Hydrologie. Hydrologie = Pluviométrie mais … diminuée de : l’infiltration (perméabilité des sols)

castor-carney
Download Presentation

Formation Hydroélectrique

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Formation Hydroélectrique Pour Tous !

  2. Partie I • Hydrologie • Typologies des Chutes Hydroélectriques • ParcHydroélectrique France Métropolitaine • Variabilité de la Production

  3. 1-Hydrologie • Hydrologie = Pluviométrie mais … • diminuée de : • l’infiltration (perméabilité des sols) • de l’évapotranspiration des végétaux ( printemps >> l’automne) • régulée /retardée par des réserves • Nappes souterraines et karsts noyés • Lacs (Pyrénées) • Neige • Glace (et glacier) • Influencée par • orographie : la pluviosité ↑avec l’altitude (hypsométrie des bassins) • localisation : distance à la mer, effet d’obstacle, • aérologie : vent dominant débit spécifiques : 10l/s/km2 à 70 l/s/km2 • typologie des réseaux hydrographiques • convergence / divergence des débits • délais de concentration des crues • perméabilité des sol : • imperméable : réseau hydrologique dense pas ou peu de nappe d’accompagnement • perméable : réseau peu dense, souvent intermittent sauf sur alluvions • karst : réseau peu dense, drains puissants issus de source vauclusiennes, réserves souterraines

  4. Deux régimes simples, des régimes intermédiaires • Nival ou Nivo-glaciaire (souvent distingués par les géographes) • Maximum unique de saison chaude (fin du Printemps - nival, début milieu d’été - glaciaire) • Etiage unique de saison froide (janvier-février) plus sévère en régime glaciaire qu’en régime nival exemples typiques : l’Isère Alpine, l’Arve, La Haute Romanche, Le Vénéon, la Haute Durance • Pluvial • un seul étiage de fin d’été (durée accrue en méditerranée) • un seul maximum de saison froide • exemple typique : La Saône, La Seine • Des régimes intermédiaires : pluvio-nival • L’Ain, le Drac, les Usses, La Bourne, Le Fier, Les cours d’eau du Massif Central,… • Avec deux maximums et deux étiages • Uneparticularité : le régime méditerranéen(“Oueds”) • Oragesviolents et productifs (Cévennes) • étiage long et sévère de saisonchaude

  5. Nivo-Glaciaire Q + glaciaire Maximum + haut +nival Maximum - haut Module = débitmoyen +nival +haut QMMA en Fevrier (par exemple) J F M A M J J A S O N D

  6. L’Arve à Arthaz-Pont-Notre-Dame 47 ans (1961-2007), Module :73,5 m2/s, Msp : 44,9 l/s (1660 km2) Etiage : VC35=10,0, QMNA = 40,50 m3/s

  7. Pluvial Q Module = débitmoyen QMMA en septembre J F M A M J J A S O N D

  8. La Sioule à Saint-Pourçain 42 ans (1967 -2008), QMNA = 7,86, VCN3 5=1,8m2/S M =26,5m3/s, Msp=10,4 (2458km2)

  9. Nivo-Pluvial Q - 2 maximums - 2 étiages Module = débitmoyen QMMA en septembreou en janvier J F M A M J J A S O N D

  10. L’Ain à Chazey-sur-Ain 49 ans (1959 -2007), QMNA = 46, VCN3 5= 10 m2/S M =123m3/s, Msp=33,8 (3630km2)

  11. Le Drac à Fontaine 14 ans (1984-2007), QMNA = 66,20, VCN3 10=10,3m2/S M =99,3m3/s, Msp=28 l/s/km2 (3626km2)

  12. La Drôme à Saillans 99 ans (1910-2008), QMNA = 4,140, VCN3 5=1,4 m2/S M =17,3 m3/s, Msp=15,6 l/s/km2 (1150km2)

  13. Grandeurs hydrologiques caractéristiques • Crue : QJ, QI <temps de retour (ans)>, débit journalier, débit instantané • QJ 10 biens agricoles , QJ 100/200 (lieux habités) , QJ 1000/10.000 Barrages, digues insubmersibles • Références historiques (Rhône 1856 et 1840, Seine 1910, Garonne 1875, Isère 1859, Tech 1940, Gard 1958, Tarn 1930) • Module (M) ou débit moyen annuel • équivalent au volume moyen des écoulements annuels ( M =1m3/ s ≈ 31,5 Millions de m3/an) • dispersion statistique : exemple remplissage d’un réservoir 9 années sur 10 on prendra le volume moyen sec de temps de retour 10 ans • Etiages • étiage absolu est peu significatif (référence historique : automne 1921) • QMNA5 (débit mensuel minimal quinquennal sec : temps de retour 5 ans) • VC 10 (débit minimal de 10 jours consécutifs) • DCE 355 débit dépassé 10 jours par an • VC 3 5(débit minimal de 3 jours consécutifs quinquennal sec) • Dans le bassin de l’Isère M/10 est très inférieur au débit d’étiage quelle que soit la mesure considérée (le garde fous est peu performant ) • M/10 se rapproche de l’étiage dans le Sud (méditerranée) dans le Nord de l’Ain, dans des bassins du Sud Est (Aveyron, Viaur,…)

  14. Courbe monotone des débitsclassés Q Débit mensuel dépassé « la moitié du temps » Module = débitmoyen étiage 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

  15. Variabilité des débits • Journalière • précipitation (orage,…) • variation de la fonte des neiges et des glaces en fonction de la température (en été, différence de débit entre matin et soir,…) • Annuelle • saison humide/sèche (“été et hiver hydrologique”) • rétention nivale et glaciaire • Interannuelle • Ecart type des modules de l’ordre de 30%

  16. Hydrologie en France (vue de haut) • Alpes • Précipitations importantes (diminution du Nord au Sud: Méditerranéen) • Rétentions nivales et, ponctuellement, glaciaires (étiage saison froide) • Concentration des débits très forte et très en amont (Alpes du Nord, Haute Durance) • Pyrénées • Diminution des précipitations de l’Ouest à l’Est (méditerranéen) • Rétention nivale mais dominante pluviale en aval (fort débit de printemps, étiage ) • Concentration des débits faibles en aval en en plaine • présence de Lacs (témoignage d’un appareil Glaciaire ancien) • Massif Central : • Fortes pluviosité diminuant de l’Ouest à l’Est avec « effet Cévenol » au Sud et à l’Est • Vallées profondes, concentration des débits (Dordogne, Truyère, Agout,…) • rétention nivale faible (fort débit hivernaux, étiage de saison chaude) • Rhône étiage de saison froide en amont de Lyon et très régulier en aval, très forts débits

  17. Quellescaractéristiqueshydrologiquesintéressentl’hydraulicien ? • un peu aux crues pour la sécurité des ouvrages : tenue du barrage, submersion de terrains et de l’usine, risqued’érosion de berges • La courbe des débitsmoyens pour estimer la production espérée par un équipementprojeté • Module, étiage,régularité des débits • la courbe des débitsclassés (au moins au pas de temps journalier) • Les variations interannuelles • La connaissance des débits au pas de temps horaireestsouvent indispensable pour obteniruneprédictionfiable de la production.

  18. Courbe monotone des débitsclassés Q débitd’équipement Module = débitmoyen étiage débitréservé 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

  19. Courbe monotone des débitsclassés Q débitd’équipement Module = débitmoyen Débits turbinables étiage débitréservé 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

  20. Caractérisation Energétiqued’une chute, d’un parc • Ses puissances (GW : millions de KW) • Puissance maximale brute (PMB): • Hauteur de chute « hors tout » (m) × débit maximum dérivé (m3/s) ×9,81 m/s2 • Puissance maximale nette (PMN) • Hauteur de chute « utile » (m) × débit maximum dérivé (m3/s) ×9,81 m/s2 • Puissance installée (GW) PMN x η, η= rendement « hydro-électromécanique » (typiquement: 0,8) • La production d’une année (TWh: milliards de KWh) • 1GW installée disponible toute l’année (8760h) produit 8,760 TWh • « En 1990 ce parc de 1GW a produit 5 TWH » • La production annuelle moyenne ou productible • « En moyenne ce parc de 1GW installée produit 6,3 TWh chaque année » • Temps de fonctionnement équivalent à pleine puissance et facteur de charge • Tefpp =productible/puissance installée • Facteur de Charge = tefepp/8760 h AG FRAPNA Chambéon

  21. Typologie juridique • Centrales Publiques : Concessions • Domaine public hydroélectrique • PMB > 4500 kW • 429 unités assurant 90 % de la production • Centrales Privées : • régime de autorisation (PMB < 4500 kW) • Fondées en titre (faible puissance, anciens moulins…) • 1800 unités assurant 10% de la production

  22. Typologie technico-économique • La valeur de l’électricité produite dépend du moment où elle est produite. • On a intérêt à produire au moment où l’électricité est la plus chère. • L’électricité est d’autant plus chère que la consommation est forte

  23. Consommationélectrique P J F M A M J J A S O N D

  24. Typologie technico-économique • La valeur de l’électricité produite dépend du moment où elle est produite. • On a intérêt à produire au moment où l’électricité est la plus chère. • L’électricité est d’autant plus chère que la consommation est forte • La production hydroélectrique est naturellement liée au débits naturel

  25. L’Arve à Arthaz-Pont-Notre-Dame 47 ans (1961-2007), Module :73,5 m2/s, Msp : 44,9 l/s (1660 km2) Etiage : VC35=10,0, QMNA = 40,50 m3/s

  26. La Sioule à Saint-Pourçain 42 ans (1967 -2008), QMNA = 7,86, VCN3 5=1,8m2/S M =26,5m3/s, Msp=10,4 (2458km2)

  27. Typologie technico-économique • La valeur de l’électricité produite dépend du moment où elle est produite. • On a intérêt à produire au moment où l’électricité est la plus chère. • La production hydroélectrique est « naturellement » liée aux « débits naturels » • S’abstraire des débits naturels en concentration les apports naturels dans des réservoirs pour les turbiner au moment où l’électricité produite a la valeur la plus haute; • Deux autres sources de valeur • La garantie face à des défaillance • La modulation, suivie de charge, souplesse,…

  28. AG FRAPNA Chambéon

  29. Focus sur le suivi de charge • Le nucléaire module comme le thermique • L’hydraulique assure seule de forts gradients de puissance • 100% de l’hydraulique de pointe remplace du thermique (↓CO2) • 30 à 50 % du « fil de l’eau » remplace du thermique, le reste du nucléaire AG FRAPNA Chambéon

  30. Typologie technico-économique • Réservoir plein en : • moins de quelques heures (typiquement 2 h) : Fil de l’eau • quelques centaines d’heures (moins de 400h): Eclusée • quelques milliers d’heures : Lac (remplis naturellement « par gravité ») • STEP = lac remplis par pompage

  31. Typologie des centraleshydrauliques Productible Réservoir et forte puissance (> 20 MW) Impossible H > 8760h Fil de l’eau « ancien » H> 5500 h Fil de l’eau « classique » 5500h> H >4500h Fil de l’eau suréquipé (3500h) Demi-Base (3000 h) Fil de l’eau Pointe (1500 h) Ultra Pointe 200h Puissance Installée

  32. Quelques exemples

  33. Typologie des centrales hydrauliques Productible Impossible H > 8760h Fil de l’eau Réservoir et forte puissance (> 20 MW) Minimum Puissance de Pointe Maximum Puissance “fil de l’eau” Obligation d’achat Puissance Installée 12 MW 10 MW 15/20 MW 330 MW

  34. “Grande”, “Petite” hydrauliques4 critèrespossibles • Règlementaire (PMB) : 150kW, 500kW, 4500 kW • Autorisation : PMB < 4500kW (fil de l’eau en général) • Obligation d’achat : 12 MW puissance installée • Classement “Européens” puissance “installée” 100kW (Pico), 500kW(Micro), 10 MW(Petite) • Usines “Stratégiques”: usines de pointe ( CE R214-3et L214-18, DR> M/20) + usines sur cours d’eau de module > 80 m3/s

  35. Typologie des centrales hydrauliques Productible Impossible H > 8760h Fil de l’eau Grande Hydraulique Réservoir et forte puissance (> 20 MW) Petite Hydraulique Puissance Installée 10MW 15/20 MW

  36. Typologie des centrales hydrauliques Productible Impossible H > 8760h Stratégiques Fil de l’eau stratégiques Petite Hydraulique Grande Hydraulique Réservoir et plutôt forte puissance (> 20 MW) Puissance Installée 10MW 15/20 MW

  37. 3-Parc Métropolitain • Par statut public/privé (concession/autorisation) • Par type (fil de l’eau, éclusées, lacs, STEP) • Par zones géographiques • bassin hydrographiques • régions

  38. concession/autorisation • 429 concessions 26441 MW de PMB (dont 64 « autorisables » pour 134 MW de PMB)http://www.senat.fr/questions/base/2013/qSEQ130807697.html • Sur le site du Ministère on trouve 399 concessions pour 25400 MW de Puissance Installée • 1870 exploitations « privés » : • autorisations + fondées en titres • Pour 2170 MW (PI ?) et 7 TWh de productible (source FHE) soit 10 % (1,2% de la production électrique, 0,1% de la consommation énergétique) http://www.france-hydro-electricite.fr/fichiers/adherents/Articles%20de%20presse/Publi%20%20UN%20Energie%20Environnemen%20HYDROELECTRICITE%2026%20nov%2017.pdf ) • 2248 (2000 fdle,141 éclusée,96 lac,11 step)source SER

  39. Production du Parc Français • Productible 70 TWh, Puissance 25,4 GW • 12 % de la production électrique nationale (=exportations) • 2 % de la consommation énergétique nationale • 20 % de la puissance installée • (Parc Electrique Total : 128 GW, Pointe Max : 102 GW) • Concentrée dans le Sud Est • Rhône Français > 20 % du productible national • Rhin Français > 10 % du productible national • Rhône-Alpes 40 % (465 centrales, 10,7GW, 28 TWh) , Bassin Rhône Méditerranée : 60 % AG FRAPNA Chambéon

  40. France Source : Ministère, 2010

  41. Par « Massif »

  42. Par Région

  43. Rhône-Alpes Source : « feu » le SRCAE Rhône-Alpes

  44. 4-Quid de la variabilité de la production ? • « La production annuelle hydraulique française moyenne est de 69,3 TWh, avec des variations liées aux précipitations. Ces variations sont relativement amples, avec une production annuelle parfois supérieure de 15 % à cette moyenne (en 2001 ou 1994 par exemple), parfois jusqu’à 30 % inférieure lors des années de très faible pluviométrie comme en 2005, par exemple. » • « La production hydraulique 2012 est ainsi plus élevée (63,8 TWh) de 27% que l’an passé (50,3 TWh) , tout en restant en dessous de la moyenne des 10 dernières années. » (source RTE) • « La valeur retenue pour cet exercice (bilan prévisionnel 2013, réalisé en 2012) a été calculée à partir des productions hydroélectriques des trente dernières années, ce qui amène à une production de l’ordre de 67,6 TWh en moyenne sur l’année (69,4 TWh dans le Bilan prévisionnel 2012)» (source RTE)

  45. Vous avez dit changement Climatique ? AG FRAPNA Chambéon

  46. Partie II • Inventaires et Potentiel • Concessions Hydroélectriques • Tendances • PPI

  47. 5- Le Potentiel Hydro-électrique métropolitain et sa réalisation • Typologie des inventaires • Potentiel “sauvage” (orographie et hydrologie): peu opérationnel, difficile d’éliminer l’existant • Potentiel de “projets”: caractère opérationnel “biaisé” réalisé en général « à dire d’expert » donc même la faisabilité technique est hypothèquée • Limites des inventaires • Autres types d’ inventaires : les stockages d’altitude • Volume (SIG), étanchéité, Volume des ouvrages à prévoir, L/H, possibilité de retenue complémentaire. • 1 tonne d’eau (1m3) sous 400 m de chute = 1kWh (1000X400X9) • Euros /MWh stockée • EDF dispose d’inventaires couvrant les stockages importants (supérieur à 10 GWh) et des possibilités de stockages complémentaires autour des ouvrages qu’elle gère. • Etudes en cours sur les stockages de taille plus modeste (STEP journalières) : ADEME entre autres

  48. Principaux inventaires • A. Bergès (1889), S. Arrhènius (1915) (pour mémoire) : 4,5 – 7,5 GW, (39 à 65 TWh ?) • Grandes Forces Hydrauliques de 1905 à 1930 (environ) : potentiel sauvage • Commissariat au Plan : plusieurs cahiers entre 1945 et 1950 (projets) • L’inventaire EDF 1953 mis à jour jusqu’en 1992 • Projets identifiés de grande hydraulique, probablement classés par ordre de rentabilité en interne à EDF, projets parfois incompatibles, pas de prise en compte de la géologie, ni des contraintes sociales …et encore moins de l’environnement … évidemment)/ Classeurs numérotés : évalue à 100 TWh • Commission Pintat (1975 ) 266 TWh sauvage, 100 TWh techniquement équipables. • Le rapport Dambrine (2006 : Probablement issu de l’inventaire Précédent) : +28,6 TWh, prise en compte sommaire de l’environnement effectuée par sondage sur 3 bassins : +13,4TWh, PPI +7TWh (2-4 Twh de perte de DR) • Potentiel hydroélectrique dans les SDAGE (2009) Prise en compte réglementaire ancien et sommaire de l’environnement) • L’estimation du potentiel hydroélectrique par les CETE (Bassin Rmed) 2012 • potentiel sauvage, « patatoïdes d’enjeux » • Le potentiel estimé par l’UFE (gravitaire, Fil de l’eau, y compris petite hydraulique) 2012 : 9,6 (Neuf) + 1 (Classements liste 1  72%) • Potentiel de convergence (UFE + DGEC) : entérine l’inventaire précédent

  49. Tableau Comparatif

  50. InventaireDambrine Evaluation du potentiel technique de développement des installations hydroélectriques (Indépendamment des contraintes économiques et environnementales ainsi que de celles liées aux autres usages de l’eau)

More Related