Cours d’analyse de projets d’énergies propres

1. Analyse de projets de petite centrale hydroélectrique Cours d’analyse de projets d’énergies propres Projet de petite centrale hydroélectrique au fil de l’eau, Canada Photo : SNC-Lavalin © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

2. Objectifs • Réviser les principes de base des petites centrales hydroélectriques • Décrire les enjeux importants d’une analyse de projet de petite centrale hydroélectrique • Présenter le modèle RETScreen® pour les projets de petite centrale hydroélectrique © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

3. Qu’est-ce que les petites centrales hydroélectriques fournissent? • Électricité pour • Les réseaux centraux • Les réseaux isolés • Les systèmes hors réseau …mais aussi… • Fiabilité • Coûts d’exploitation très bas • Diminution de l’exposition aux variations du prix de l’énergie Photo : Robin Hughes/ PNS © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

4. Description d’une petite centrale hydroélectrique Chute brute (m) Débit (m3/s) Puissance en kW ≈ 7 x Chute brute xDébit © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

5. Projets de « petite » centrale hydroélectrique • La définition du terme « petite » n’est pas consacrée • La grosseur d’une centrale n’est pas seulement définie par sa capacité électrique, mais aussi par l’importance de sa hauteur de chute © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

6. Types de projets de petite centrale hydroélectrique • Types de réseau électrique • Réseau central • Réseau isolé ou hors réseau • Types d’ouvrage de génie civil • Au fil de l’eau • Sans réservoir • La puissance varie selon le débit disponible dans la rivière : la capacité garantie est donc plus basse • Réservoir • Une plus grande capacité peut être garantie pendant toute l’année • De gros barrages sont souvent nécessaires Projet hydroélectrique au fil de l’eau de 17,6 MW, Massachusetts, É-U Photo : PG&E National Energy Group/Low Impact Hydropower Institute Projet hydroélectrique au fil de l’eau de 4,3 MW, Oregon, É-U Photo : Frontier Technology/ Low Impact Hydropower Institute © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

7. Composants : ouvrage de génie civil • Représente habituellement 60 % des coûts d’investissement • Barrage de dérivation • Simple barrage de dérivation de faible hauteur pour les installations au fil de l’eau • Fait de béton, bois ou maçonnerie • Les coûts du barrage peuvent à eux seuls rendre le projet non viable • Conduite d’eau • Entrée d’eau avec grille crapaudine et vanne, ainsi quecanal de fuite à la sortie • Canal excavé, tunnel souterrain et/ou conduite forcée • Soupapes et vannes à l’entrée et à la sortie de la turbine pour l’entretien • Centrale • Contient la ou les turbines et les équipements mécaniques et électriques Photo : Ottawa Engineering © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

8. Composants : turbine • Versions réduites des turbines des grandes centrales • Rendement possible de 90 % • Dans les installations au fil de l’eau le débit est très variable • La turbine utilisée doit fournir un bon rendement pour une vaste gamme de débits, sinon plusieurs turbines sont utilisées • À réaction : Francis, hélice à pas fixe, Kaplan • Pour les hauteurs de chute faibles ou moyennes • Les turbines immergées utilisent la pression de l’eau etl’énergie cinétique • À impulsion : Pelton, Turgo, à impulsion radiale • Pour les hauteurs de chute élevées • Utilisent l’énergie cinétique d’un jet d’eau à haute vitesse Turbine Pelton Photo : PO Sjöman Hydrotech Consulting Turbine Francis Photo : PO Sjöman Hydrotech Consulting © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

9. Composants :équipements électriques et autres • Génératrice • Asynchrone • Doit fonctionner de concert avec d’autres génératrices • Utilisée pour fournir de l’électricité à un important réseau • Synchrone • Peut fonctionner isolément • Pour des installations autonomes ou en réseau isolé • Autres équipements • Multiplicateur de vitesse pour harmoniser la vitesse de la turbine à celle de la génératrice • Soupapes, systèmes électronique de contrôle et de protection • Transformateur © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

10. Ressource hydroélectrique mondiale • Une plus grande quantité de pluie tombe sur les continents que d’eau s’en évapore • Pour des questions d’équilibre, la pluie s’écoule vers les océans par les rivières Source : Renewable Energy: Sources for Fuels and Electricity, 1993, Island Press. © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

11. Ressource hydroélectrique du site • Particularité du site : une rivière exploitable est nécessaire! • Dénivellation sur une petite distance (hauteur de chute) • Variation acceptable du débit dans le temps : courbe de débits classés • Le débit résiduel réduit le débit disponible pour la production d’énergie • Évaluation de la courbe de débits classés d’après • Les mesures du débit à travers le temps • La superficie du bassin hydrographique au dessus du site, l’écoulement spécifique et la forme de la courbe de débits classés © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

12. Coûts d’une petite centrale hydroélectrique • 75 % des coûts dépendent du site • Coûts d’investissement élevés • Toutefois, les ouvrages de génie civil et les équipements peuvent durer > 50 ans • Coûts d’exploitation et d’entretien très bas • Habituellement, un opérateur à temps partiel est suffisant • Des entrepreneurs venant de l’extérieur sont requis pour l’entretien périodique des gros composants • Les projets avec une hauteur de chute élevée ont tendance à être moins coûteux • Plage de coûts typiques : 1 200 $ à 6 000 $ par kW installé Photo : Ottawa Engineering © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

13. Enjeux d’un projet de petite centrale hydroélectrique • Maintenir des coûts faibles en adoptant une conception simple et des structures pratiques et facile à construire • Des structures déjà existantes, comme des barrages, peuvent être utilisées • Temps de développement de 2 à 5 ans • Étude du potentiel et étude environnementale : approbations • Quatre phases au travail d’ingénierie : • Levés de reconnaissance et études hydrologiques • Étude de préfaisabilité • Étude de faisabilité • Étape de planification et d’ingénierie Photo : Ottawa Engineering © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

14. Enjeux environnementaux d’une petite centrale hydroélectrique • Le développement d’une petite centrale hydroélectrique peut changer • Habitat des poissons • Esthétique du site • Utilisation à des fins de navigation et de divertissement • Les impacts environnementaux dépendent du site et du type de projet : • Petite centrale au fil de l’eau où il existe déjà un barrage : impacts mineurs • Petite centrale au fil de l’eau dans un site non aménagé : construction d’un barrage de dérivation requis • Développement de réservoir de stockage d’eau : impacts importants qui augmentent avec la grosseur du projet © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

15. Exemples : Slovaquie, Canada et États-UnisPetite centrale hydro en réseau central • Lorsque le débit le permet les projets au fil de l’eau alimenteront le réseau électrique • Les Services publics ou les producteurs d’électricité indépendants (avec un CAÉ à long terme) seront propriétaires Petite centrale hydroélectrique,Sud-est américain, É-U Photo : CHI Energy 2,3 MW, 2 Turbines, Jasenie, Slovaquie Petite centrale hydroélectrique, Terre-Neuve, Canada Photo : CHI Energy Photo : Emil Bedi (Foundation for Alternative Energy)/ Inforse © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

16. Exemples : États-Unis et ChinePetite centrale hydro en réseau isolé • Communautés éloignées • Résidences et industries isolées Génératrices d’une petite centrale hydroélectrique, Chine Photo : International Network on Small Hydro Power • Prix de vente de l’électricité plus élevé • Normalement les projets au fil de l’eau nécessitent un système d’appoint et peuvent avoir un débit excédentaire à la demande Petite centrale hydroélectrique de 800 kW à King Cove,village de 700 personnes Photo : Duane Hippe/ NREL Pix © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

17. Modèle RETScreen®pour les projets de petite centrale hydroélectrique • Pouvant être utilisé partout dans le monde pour l’analyse de la production énergétique, des coûts sur le cycle de vie et des réductions d’émissions de gaz à effet de serre. • Réseau central, réseau isolé et hors réseau • Micro-centrale à turbine unique à petite-centrale à turbines multiples • Méthode de calcul des coûts par formules • Non couvert actuellement : • Variations saisonnières dans la charge des réseaux isolés • Variations de la hauteur de chute dans les projets avec réservoir(l’utilisateur doit fournir une valeur moyenne) © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

18. Calculs RETScreen®: petite centrale hydroélectrique Voir le e-Manuel Analyse de projets d’énergies propres : Manuel d’ingénierie et d’études de cas RETScreen® Chapitre Analyse de projets de petite centrale hydroélectrique © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

19. Exemple : validation du modèle RETScreen® pour les projets de petite centrale hydroélectrique • Rendement d’une turbine • Comparaison avec les données mesurées par le manufacturier pour une turbine Francis de 7 MWde Alsthom • Puissance installée et fournie • Comparaison des données avec HydrA, pour un site en Écosse • Les résultats des mesures et de la simulation sont à 6,5 % près • Méthode de calcul des coûts par formules • Une comparaison démontre que les coûts sont à 11 % près de ceux évalués par la méthode de calcul des coûts détaillée de RETScreen®, pour un projet de 6 MW à Terre-Neuve © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

20. Conclusions • Les projets de petite centrale hydroélectrique (jusqu’à 50 MW) peuvent fournir de l’électricité pour les réseaux centraux ou isolés et les systèmes hors réseau • Projets au fil de l’eau : • Coûts plus bas et moins d’impacts environnementaux • Nécessitent toutefois un système d’appoint en réseau isolé • Coûts d’investissement élevés dont 75 % dépendent du site • RETScreen® évalue la puissance installée, garantie et fournie ainsi que les coûts en se basant sur les caractéristiques du site tel que la courbe de débits classés et la hauteur de chute • RETScreen®permet des économies de coûts significatives pour la réalisation d’études préliminaires de faisabilité © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

21. Questions? Module Analyse de projets de petite centrale hydroélectrique Cours d’analyse de projets d’énergies propres RETScreen® International Pour plus d’information visitez le site Web de RETScreen à : www.retscreen.net © Ministrede Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.