L’hydroélectricité est une énergie propre provenant de l’eau
Auparavant, la principale source de puissance mécanique dans le monde était l’hydroélectricité, avec de nombreux moulins à eau situés le long des rivières utilisés pour la fabrication ou l’irrigation des terres. Aujourd’hui, l’« énergie hydraulique » sous la forme de l’hydroélectricité fait un retour sérieux pour la production d’électricité dans de nombreux foyers au bord des rivières.
Un nombre croissant de systèmes de petites centrales hydroélectriques sont installés dans des sites éloignés à travers le monde, et il existe désormais un marché croissant pour la production de micro-hydroélectricité dans de nombreux pays en développement.
L’énergie hydraulique est toujours considérée comme la source d’énergie alternative la plus établie, car les moulins à eau existent depuis plusieurs centaines d’années. Nous connaissons tous les projets hydroélectriques en montagne qui utilisent de grands barrages et des turbines pour générer plusieurs mégawatts d’électricité. Mais toutes les centrales hydroélectriques ne sont pas de cette taille.
Dans de nombreuses régions plus petites ou rurales, ainsi que dans certaines parties du monde dépourvues de rivières suffisamment grandes pour de grands barrages, des petites centrales hydroélectriques sont construites, permettant une utilisation à une échelle bien plus réduite, car l’hydroélectricité est arguably l’une des formes de production d’énergie les plus rentables.
La production d’énergie hydraulique et hydroélectrique dépend des lois fondamentales de la physique relative à l’eau tombante, en exploitant l’énergie contenue dans l’eau s’écoulant ou tombant vers une altitude inférieure.
L’eau en mouvement (énergie cinétique) fait tourner une turbine ou une roue (énergie mécanique), qui entraîne un générateur (énergie électrique). Bien que la production d’hydroélectricité puisse être très efficace, elle est limitée par la nécessité de disposer de sites naturels appropriés.
Bien que plus des deux tiers de la surface de la planète soient couverts d’eau, développer un site de petite capacité hydraulique pour extraire de l’énergie de l’eau n’est pas une tâche simple, car de nombreux aspects doivent être pris en compte, le principal étant le choix d’un emplacement approprié, car un système hydroélectrique est beaucoup plus spécifique au site qu’un système éolien ou photovoltaïque (PV – solaire électrique).
Déterminer le potentiel de votre emplacement
Pour déterminer la puissance disponible sur un site, des mesures de hauteur et de débit doivent être effectuées, car une quantité suffisante d’eau tombante doit être disponible pour entraîner une turbine ou un moulin à eau. La distance verticale que l’eau chute depuis son point le plus haut jusqu’à l’endroit où elle est nécessaire est appelée “HAUTEUR”, “hauteur de chute”, ou “hauteur de chute”, et est généralement mesurée comme une distance verticale droite en mètres ou en pieds.
La quantité d’eau passant un point fixe à un moment donné est appelée “DÉBIT”, qui représente le rythme auquel l’eau s’écoule. Le débit est généralement mesuré en litres par seconde (l/s), en gallons par minute (gpm), et même en pieds cubes par seconde (cfs). La quantité de flux peut être mesurée en canalisant l’eau dans une tuyauterie, puis dans un contenant de volume connu, en notant le temps qu’il faut pour le faire.
Parmi les deux, la hauteur est généralement plus avantageuse car elle utilise la force de gravité pour déplacer l’eau, ce qui signifie qu’un système hydroélectrique peut utiliser moins d’eau et que l’équipement de turbine peut être beaucoup plus petit. De plus, avec des hauteurs de chute plus élevées, la turbine hydroélectrique utilisée peut tourner à une vitesse beaucoup plus élevée. Cependant, à des hauteurs de chute très élevées, la vitesse, la pression et la force de l’eau peuvent poser un problème pour la tuyauterie.
Si le flux d’eau n’est pas constant et prévisible, comme la différence entre les pluies d’hiver et d’été, ou lorsque une puissance de sortie relativement constante est nécessaire pour alimenter un foyer ou un hébergement, un petit barrage ou réservoir peut être nécessaire pour restreindre le débit d’eau et maintenir un flux constant vers la turbine hydroélectrique à un débit contrôlé. Barrage de l’eau augmentera le niveau de la surface de l’eau, augmentant ainsi l’énergie potentielle stockée dans l’eau qui peut être convertie en énergie électrique.
Il convient de noter que la puissance potentielle dérivée de l’eau dépend de sa hauteur et de son débit, il est donc important de garder à l’esprit que la sortie des systèmes ne peut être déterminée avec précision que si ces mesures de hauteur et de débit sont correctement effectuées, il faut donc faire attention pendant ce processus.
Alors combien de puissance pouvons-nous extraire de l’eau ?
L’énergie potentielle théorique disponible dans l’eau peut être calculée comme suit :
- Où :
- Q = le volume d’eau en écoulement en mètres cubes par seconde (m3/sec)
- H = la hauteur de chute en mètres (m)
- g = la constante gravitationnelle de 9.81 m/s2
Ainsi nous pouvons voir que la puissance théorique maximale disponible dans l’eau est proportionnelle au produit de « Hauteur x Débit », car l’attraction gravitationnelle sur l’eau est toujours constante. Par conséquent :
Par exemple, un système hydroélectrique avec une hauteur dynamique de 10 mètres et un débit de 53 litres par seconde pourrait fournir 10 x 53 x 9.81 = 5200 Watts, ou 5,2kW (kilowatts) de puissance hydraulique.
De cet exemple simple, nous pouvons également constater qu’à une hauteur d’environ 5 mètres (16 pieds), la production de puissance est limitée à environ 2.6kW, à 20 mètres (65 pieds) cela est d’environ 10.4kW, et à 30 mètres (100 pieds) de hauteur, 15.6kW peuvent être générés, avec le même débit.
Ainsi, en augmentant la hauteur dynamique de 10 mètres à 30 mètres, 3 fois plus d’énergie électrique pourrait être générée. Cet exemple montre également que pour générer les mêmes 5.2kW de puissance, un site avec une haute hauteur n’a besoin que d’un faible débit, tandis qu’un site avec un fort débit n’a besoin que d’une petite hauteur.
Bien que la Terre ait beaucoup d’eau, pas toute ne peut être utilisée pour l’hydroélectricité. Certains des meilleurs rivières pour générer de l’énergie électrique, par exemple, se trouvent près des collines et des montagnes, où l’eau descend avec beaucoup de force et d’énergie cinétique, tandis que d’autres rivières s’écoulent trop lentement pour être utiles.
Cependant, avec la communauté de bricolage en pleine croissance et un intérêt accru pour les « énergies vertes » respectueuses de l’environnement, certains amateurs ont tenté de construire leurs propres centrales hydroélectriques à partir d’anciens moulins à eau, ou à partir de kits ou de zéro.
Il existe plusieurs types différents de conceptions de turbines à eau disponibles qui peuvent être utilisées dans des installations de micro-hydroélectricité, leur sélection dépendant de la hauteur d’eau et du volume de débit. Pour des régions montagneuses plus élevées où une chute d’eau de 50 mètres ou plus est disponible, une turbine à impulsion comme la roue Turgo ou Pelton peut être utilisée. Pour des installations de charge de batterie à faible hauteur, les turbines de type Francis ou à hélice pourraient être utilisées, qui fonctionnent dans une gamme plus étroite de hauteurs et de débits.
Comme la plupart des systèmes de micro-hydroélectricité utilisent des tuyaux, concevoir et installer le réseau de tuyauterie (conduit) pour un site avec plus de dix mètres de hauteur peut être très difficile car la longueur, le diamètre et le type de tuyauterie utilisée doivent être déterminés pour réduire les pertes dues à la friction.
Lorsque l’eau commence à s’écouler, la friction réduit la pression disponible, et à mesure que plus d’eau s’écoule, il y a plus de friction et la pression continue à diminuer. La longueur de la tuyauterie détermine également la quantité totale de friction pour un débit donné. De plus, à la turbine, une vanne de contrôle peut devoir être installée pour réguler le débit et la vitesse de la turbine.
À prendre en compte concernant l’hydroélectricité
De nombreux facteurs déterminent le choix de la tension d’un système hydroélectrique. La tension du système dépend en grande partie de la sortie du générateur de turbine et/ou de la distance de la ligne de transmission. L’énergie électrique CC (courant continu) est généralement générée à 12 volts, 24 volts ou 48 volts selon la configuration du banc de batteries.
Des batteries seront nécessaires si un approvisionnement constant d’eau en écoulement n’est pas disponible. Lorsque les distances de transmission sont trop grandes pour une transmission en CC à basse tension, des tensions alternatives (CA) plus élevées peuvent être générées et des transformateurs peuvent être utilisés à la réception pour réduire pour redresser à la tension de la batterie.
L’efficacité avec laquelle les générateurs convertissent l’énergie hydrique en énergie électrique peut varier de 30 % à 70 %, et il n’est généralement pas pratique ou rentable d’installer un générateur de turbine produisant moins de 100 Watts d’énergie électrique (continue).
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