Énergie hydraulique et énergie hydroélectrique à partir de l’eau en mouvement
Le terme généralisé « Énergie hydraulique » peut être utilisé pour désigner tout type d’énergie provenant de l’eau. L’énergie hydraulique n’est pas une technologie d’énergie renouvelable nouvelle ; elle est utilisée depuis des siècles. Avec la combustion du bois pour éclairer et chauffer, l’énergie provenant de l’eau était la principale source de génération de puissance mécanique, avec de l’eau de rivière détournée pour faire tourner de grandes roues hydrauliques.
L’eau de rivière s’écoulant d’une montagne, d’un niveau supérieur vers un niveau inférieur, contient de l’énergie potentielle en elle-même. Grâce à cette chute, appelée « dénivelé », elle est convertie en énergie cinétique pendant qu’elle s’écoule en descente. Ensemble, ces formes d’énergie contribuent à ce que nous appelons « Énergie hydraulique ». C’est une source d’énergie renouvelable car elle se renouvelle de manière naturelle en continu.
Il est estimé que les centrales hydroélectriques sont les plus grands contributeurs d’électricité parmi les sources renouvelables dans le monde, et plus de 15 % de l’électricité mondiale est générée par de tels systèmes hydroélectriques.
Les centrales hydrauliques, également appelées centrales « au fil de l’eau », utilisent l’écoulement naturel et le dénivelé d’une rivière pour faire tourner une roue à eau ou une turbine hydroélectrique. Le design d’une roue à eau est celui d’une machine simple qui convertit une forme d’énergie cinétique, le mouvement de l’eau en circulation, en une autre forme d’énergie cinétique, la rotation d’un axe.
Dans un système hydroélectrique à petite échelle au fil de l’eau, l’eau d’une rivière est détournée par la construction d’une écluse de dérivation qui détourne l’eau vers une prise d’eau, puis passe à travers un générateur hydroélectrique, avant que l’eau ne soit renvoyée dans la rivière en aval à une certaine distance.
L’énergie hydraulique est produite en utilisant simplement un cours d’eau en mouvement pour faire tourner une roue à eau située en dessous d’une source d’eau courante. Une roue à eau, qui est un type de roue à paddles attachée à un rotor fixe ou un axe, placée dans le courant d’une rivière ou d’un ruisseau, capture l’eau en mouvement dans des seaux attachés à la roue, et le poids de l’eau fait tourner la roue.
Les roues à eau convertissent l’énergie potentielle (énergie gravitationnelle) de l’eau en mouvement qui entraîne ensuite la turbine, et les révolutions de la turbine convertissent l’énergie mécanique à travers le générateur en électricité.
Le potentiel d’un site pour générer des quantités adéquates d’électricité dépend de trois facteurs principaux : le dénivelé de l’eau, le débordement d’eau disponible et les caractéristiques de précipitations du site, car sans pluie, il n’y a pas d’eau.
Le dénivelé de l’eau fait référence à la chute verticale depuis l’entrée du système en haut jusqu’à la position de la turbine ou de la roue à eau en bas. Le débit d’eau est généralement exprimé comme un volume d’eau en mètres cubes par seconde ou en litres par seconde, et fait référence à la quantité d’eau utilisée par le système pour faire tourner la turbine hydraulique.
La puissance extraite de l’eau dépend du volume d’eau et de la différence de hauteur entre la source et l’évacuation de l’eau. Par conséquent, la quantité d’énergie hydraulique produite est proportionnelle au produit du dénivelé et du débit.
Un des plus grands avantages d’une centrale hydroélectrique est sa capacité à stocker de l’énergie. Après tout, l’eau dans un réservoir est de l’énergie stockée. L’eau peut être stockée dans un réservoir et libérée lorsque nécessaire pour la production d’électricité. Cependant, les centrales hydroélectriques au fil de l’eau ont des capacités de réservoir plus petites, rendant impossible le stockage de l’eau.
Néanmoins, tant que la rivière dispose de volumes d’eau adéquats, des quantités significatives d’électricité hydroélectrique peuvent être générées. L’inconvénient est qu’une bien plus grande quantité d’énergie est générée pendant les périodes lorsque les débits de rivière saisonniers sont élevés, durant les mois d’hiver avec la fonte des neiges, et beaucoup moins durant les mois d’été plus secs.
Énergie hydroélectrique : Énergie provenant de l’eau en mouvement
Avec une communauté de « faites-le vous-même » en pleine expansion et un intérêt croissant pour les alternatives énergétiques respectueuses de l’environnement, de nombreux amateurs et bricoleurs ont construit leurs propres centrales hydroélectriques à partir d’anciens moulins à eau, de kits ou de zéro.
Tout ce dont vous avez besoin est d’une rivière ou d’un ruisseau avec suffisamment d’eau s’écoulant à la bonne vitesse pour alimenter les turbines et les générateurs, et vous pouvez mettre en place un système hydroélectrique pour votre maison ou votre entreprise. Tout comme cela est possible avec des systèmes d’énergie solaire et/ou éolienne.
Les petites centrales hydroélectriques peuvent être connectées aux réseaux électriques conventionnels comme source d’énergie renouvelable à faible coût. Alternativement, de petits projets hydroélectriques peuvent être construits dans des zones isolées telles que des cabanes de montagne, des fermes, etc., où il n’y a pas de réseau électrique national.
Les systèmes micro-hydrauliques complètent les systèmes d’énergie photovoltaïque car dans de nombreuses zones, le débit d’eau, et donc l’énergie hydraulique disponible, est le plus élevé en hiver, lorsque l’énergie solaire est à son minimum. L’avantage d’un système hydraulique est qu’il réduit la pollution et la consommation de combustibles fossiles, mais engendre néanmoins un coût environnemental lors de la fabrication de la roue à eau et du générateur.
Les avantages de l’énergie hydraulique peuvent être résumés comme suit :
- C’est une source d’énergie renouvelable qui préserve les réserves de combustibles fossiles.
- C’est une source d’énergie propre, car il n’y a pas de pollution atmosphérique nocive ou de problèmes de déchets radioactifs associés.
- Étant donné que l’énergie hydraulique ne produit pas de dioxyde de carbone, elle ne contribue pas aux gaz à effet de serre et au réchauffement climatique.
- Les roues à eau et les turbines hydrauliques peuvent être utilisées pour la génération d’énergie électrique à faible dénivelé.
- Le coût moyen de génération, d’exploitation et de maintenance sur la durée de vie est inférieur à celui des autres sources d’énergie, mais les coûts initiaux peuvent être élevés.
- L’énergie hydraulique a une efficacité supérieure (plus de 90 %) par rapport à d’autres types de systèmes d’énergie renouvelable.
En dépit de ces avantages, il existe quelques limitations ou inconvénients associés à l’énergie hydraulique, en particulier aux grandes centrales hydroélectriques :
- La disponibilité de l’énergie hydraulique est restreinte aux zones vallonnées ou en contrefort en raison de la disponibilité de l’eau et du dénivelé.
- Dans les zones montagneuses, le transport d’équipements lourds et de machines nécessaires à la construction de la centrale est difficile.
- Dans les climats nordiques et montagneux, les roues à eau peuvent geler et s’arrêter par temps froid, lorsque l’approvisionnement en eau est gelé.
- Investissement supplémentaire pour installer de longs câbles et des lignes de transmission depuis le générateur vers les lieux où l’électricité est nécessaire.
- Impliquent souvent la retenue de grandes quantités d’eau avec perte d’habitat dû à l’inondation des terres.
- La réhabilitation et la restauration des personnes et des activités dans les zones submergées est toujours une préoccupation.
L’un des principaux inconvénients de l’installation de roues à eau ou de turbines à eau pour générer de l’énergie hydraulique est que la construction de centrales hydroélectriques, même à petite échelle ou dans le cadre de projets « Faites-le vous-même », peut être coûteuse par rapport à la quantité d’énergie qu’elles peuvent produire. La majeure partie des dépenses réside dans l’installation de turbines de bonne qualité nécessaires à la génération d’énergie, telles que les réducteurs nécessaires pour convertir l’énergie cinétique en énergie mécanique, et les générateurs nécessaires pour convertir l’énergie mécanique en énergie électrique.
Cependant, si le débit de l’eau est élevé, la quantité de puissance générée est plus susceptible de justifier le coût. À l’inverse, si le débit de la rivière est faible, la quantité de puissance générée risque de ne pas valoir le coût.
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