Stockage par pompage hydraulique

Une autre forme d’hydroénergie qui existe depuis de nombreuses années est le Stockage par Hydroélectricité à Pompage, également connu sous le nom de « Hydroélectricité à Pompage ». Parmi la variété de ressources d’énergie renouvelable disponibles aujourd’hui, l’énergie hydroélectrique est l’une des plus souhaitables pour générer de l’électricité, car c’est l’un des systèmes les plus efficaces et largement utilisés avec un bon palmarès de sécurité.

L’utilisation de l’énergie potentielle et cinétique de l’eau comme source d’énergie est connue depuis des milliers d’années. Les moulins à eau utilisent de gigantesques roues hydrauliques pour moudre les grains et produire de la farine. Aujourd’hui, de grandes centrales hydroélectriques utilisent des techniques de stockage par hydroélectricité à pompage pour transformer l’énergie de l’eau en électricité.

L’hydroélectricité est le terme utilisé pour décrire toute source d’énergie électrique générée par l’énergie contenue dans l’eau, mais il est plus généralement utilisé pour désigner l’électricité générée par les barrages hydroélectriques.

Ces barrages stockent l’énergie potentielle de l’eau derrière d’énormes murs en béton et exploitent l’énergie cinétique contenue dans l’eau en mouvement une fois libérée, la transformant en énergie mécanique à l’aide de turbines hydrauliques. Ces turbines entraînent des générateurs électriques qui convertissent l’énergie mécanique d’un arbre rotatif en énergie électrique, qui est ensuite distribuée à des milliers, voire des millions de foyers via un réseau de lignes et de câbles électriques.

Le barrage d’une rivière et la création d’un réservoir derrière le mur du barrage rendent le flux d’eau à travers les turbines plus prévisible et fiable tout au long de l’année. Le barrage augmente également localement le niveau de la surface de l’eau, ce qui accroît l’énergie potentielle pouvant être convertie en électricité en augmentant la hauteur de chute.

Il est important de noter que le terme « Hauteur » fait référence à la différence de niveau entre la source d’eau et le point où l’énergie est extraite, et en supposant que tout reste égal, plus la hauteur est élevée, plus la puissance générée est importante.

Types de Systèmes Hydroélectriques

Les stations de génération d’énergie hydroélectrique de type retenue utilisent des structures de barrage pour stocker l’eau. L’exploitation de l’énergie hydroélectrique dans les centrales conventionnelles repose sur la hauteur de chute et le débit massique du flux d’eau. Lorsque l’eau du réservoir est libérée, le flux est contrôlé par des vannes et des portes pour maintenir une puissance de sortie constante.

Bien que ce type de génération d’énergie soit utilisé avec succès depuis de nombreuses décennies, un inconvénient des barrages hydroélectriques conventionnels est que l’hydroélectricité dépend du cycle hydrologique naturel.

C’est-à-dire que l’eau sous forme de pluie ou de neige fondue est utilisée pour remplir le réservoir du barrage, qui alimente ensuite les turbines des centrales hydroélectriques. Cela crée un effet unique, car l’eau libérée pour générer de l’électricité à travers les turbines s’écoule vers le bas. Cela entraîne une diminution du niveau d’eau dans le réservoir derrière le barrage jusqu’à ce que la nature produise de nouvelles pluies ou neiges pour le remplir à nouveau.

De plus, avec des demandes d’énergie fluctuantes, la quantité d’eau libérée du barrage peut affecter le niveau et la quantité d’eau dans les rivières en aval, car beaucoup d’eau peut être libérée en période de forte demande et moins d’eau lors de périodes de faible demande. Ainsi, il y a un besoin croissant de stockage d’énergie en vrac pour compléter les périodes de forte demande et maintenir un flux constant de la rivière en aval. Cela peut être réalisé grâce au Stockage par Hydroélectricité à Pompage.

Principes de Base du Stockage par Hydroélectricité à Pompage

Le Stockage par Hydroélectricité à Pompage est une version étendue d’un système hydroélectrique conventionnel. La centrale hydroélectrique est construite à partir de deux réservoirs situés à des altitudes différentes, l’un étant situé à un niveau plus élevé que l’autre. Par exemple, l’un dans une vallée basse et l’autre plus haut dans la montagne.

Dans certains endroits, cela peut se produire naturellement, tandis que dans d’autres, un ou les deux réservoirs d’eau sont artificiels. Le réservoir supérieur, lorsqu’il est plein, fonctionne exactement comme le réservoir dans une centrale hydroélectrique à haute chute.

Durant les périodes de demande électrique, l’eau stockée du réservoir supérieur est libérée (mode de génération), convertissant l’énergie cinétique créée par son écoulement à travers des voies d’eau, des tuyaux et des turbines en énergie électrique. La différence cette fois-ci est qu’au lieu que l’eau s’écoule vers la rivière en aval, l’eau sortant de la centrale est stockée dans un réservoir inférieur pour une utilisation ultérieure au lieu de se réintroduire dans la rivière.

Une fois la période de génération d’électricité terminée, qui se produit généralement pendant la journée ou lorsque la demande d’énergie électrique est à son apogée, la même eau maintenant stockée dans le réservoir inférieur est pompée à nouveau vers le haut au réservoir supérieur pour le stockage (mode de pompage).

En général, cela se fait à l’aide d’une turbine réversible unique, comme la « turbine Francis », qui continue de fonctionner même lorsque la direction de rotation est inversée. Le moteur utilisé pour entraîner la turbine-pompe est alimenté par l’électricité conventionnelle provenant du réseau électrique. Ce processus de pompage se déroule généralement pendant la nuit, lorsque la demande d’électricité et le coût de l’énergie électrique sont à leur plus bas.

On peut donc voir que la même eau est pompée d’un réservoir inférieur de stockage puis relâchée d’un réservoir supérieur pour générer de l’électricité. C’est le principe de base du stockage par hydroélectricité à pompage. L’avantage de ce stockage est qu’il donne à la centrale de génération plus d’eau à utiliser pour générer de l’électricité, car le système fonctionne comme une énorme batterie de stockage d’eau.

Dans une centrale hydroélectrique conventionnelle, une quantité substantielle d’eau est nécessaire pour faire tourner les turbines hydrauliques. Cependant, un système de stockage d’énergie par hydroélectricité à pompage est un système en boucle fermée, donc les pertes d’eau sont relativement faibles car la même eau est constamment réutilisée.

Une fois que les deux réservoirs sont pleins, seule de l’eau de complément est nécessaire. Un système typique peut perdre jusqu’à 20% de son énergie durant ce cycle de génération et de pompage, mais c’est toujours mieux qu’une perte totale de 100% qui se produit lorsque l’eau est juste laissée s’écouler vers le bas.

Les systèmes de stockage par hydroélectricité à pompage sont des systèmes de turbine-générateur ou moteur-pompe réversibles généralement utilisés comme systèmes de pointe d’énergie et de stockage d’énergie, car ils offrent une précieuse réserve d’électricité lorsque la demande des consommateurs augmente de manière inattendue, tout comme les centrales de stockage par pompage, qui, comme d’autres centrales hydroélectriques, peuvent réagir aux changements de charge en quelques secondes. Une fois établis, peu de recharges du système sont nécessaires, seulement la différence de hauteur entre les réservoirs supérieurs et inférieurs pour maintenir un flux.

Avantages et Inconvénients du Stockage par Hydroélectricité à Pompage

Un des principaux avantages de l’énergie hydroélectrique est qu’elle est renouvelable et ne génère aucune pollution atmosphérique pendant son fonctionnement, ce qui réduit notre dépendance à l’égard du pétrole coûteux pour satisfaire la demande maximale d’énergie. Elle a également des coûts d’exploitation et de maintenance relativement faibles.

Un autre attribut positif des usines de stockage d’hydroélectricité est qu’elles peuvent être utilisées là où il y a peu d’eau naturelle disponible à exploiter. De plus, les barrages et réservoirs supérieurs ou inférieurs qui retiennent l’eau peuvent être utilisés comme installations récréatives si leurs niveaux d’eau ne montent ni ne descendent trop rapidement ou de manière excessive en réponse à la génération ou au pompage.

Cependant, les projets hydroélectriques et de stockage par hydroélectricité à pompage peuvent avoir un impact énorme sur l’environnement environnant, car ils nécessitent une grande quantité de ressources foncières. Dans les projets hydroélectriques conventionnels, un barrage est généralement construit pour créer un grand réservoir d’eau nécessaire à la production d’électricité sur de longues périodes, donc la construction d’un barrage hydroélectrique peut nuire à l’écosystème et affecter la population environnante d’un projet hydroélectrique.

Durant l’exploitation, seuls des changements mineurs se produisent dans les rivières et l’écosystème en aval des deux barrages. Pour minimiser l’impact environnemental de ces barrages, le stockage par hydroélectricité à pompage peut également tirer parti des réservoirs souterrains et des fosses minières abandonnées comme barrages inférieurs ou de l’eau de mer pompée pour stocker l’énergie, similaire à celle utilisée dans un barrage marémoteur ou une lagune marémotrice.

Cependant, les inconvénients de la génération d’énergie par hydroélectricité à pompage incluent le coût initial élevé et les impacts environnementaux et écologiques potentiels spécifiques au site, ainsi que le fait que l’énergie électrique utilisée pour pomper l’eau vers le haut de la montagne pourrait provenir d’autres sources d’énergie, telles que les centrales nucléaires ou à charbon, dont la puissance de sortie ne peut être ajustée pour suivre les fluctuations de charge.

D’une part, il serait possible de pomper l’eau dans le bassin supérieur à l’aide d’un surplus d’électricité généré par l’énergie éolienne et d’autres systèmes d’énergie renouvelable, bien que les éoliennes et le système de stockage par hydroélectricité à pompage ne soient pas nécessairement installés au même endroit. Grâce à l’utilisation de canalisations et des caractéristiques géologiques de la campagne, les réservoirs supérieurs et inférieurs d’un système de stockage par hydroélectricité à pompage peuvent se trouver à plusieurs kilomètres.

L’hydroélectricité est une méthode de génération électrique très flexible et le stockage par hydroélectricité à pompage augmente cette flexibilité en utilisant et en stockant de grandes quantités d’énergie. Avec les turbines-pompes à la pointe de la technologie d’aujourd’hui, les centrales de stockage par hydroélectricité à pompage représentent une option intéressante pour des applications de stockage d’énergie à plus grande échelle, permettant de stocker de grandes quantités d’énergie électrique sous forme d’énergie potentielle tout en utilisant l’eau comme combustible, ce qui présente également l’une des plus hautes rendements d’efficacité des cycles de n’importe quel processus de stockage d’énergie.