La turbine hydraulique est un type de machine à turbine dans les machines à fluides. Le prototype de la turbine hydraulique, la turbine hydraulique, est apparu vers 100 avant J.-C. À cette époque, sa fonction principale était d'entraîner des machines pour le traitement des céréales et l'irrigation. La turbine hydraulique, en tant que dispositif mécanique alimenté par l'eau, a évolué jusqu'à devenir la turbine hydraulique actuelle, et son champ d'application s'est élargi. Où sont donc principalement utilisées les turbines hydrauliques modernes ?
La turbine hydraulique est principalement utilisée dans les centrales de pompage-turbinage. Lorsque la charge du réseau est inférieure à la charge de base, elle peut être utilisée comme pompe à eau pour exploiter la capacité de production excédentaire et pomper l'eau du réservoir aval vers le réservoir amont, stockant ainsi l'énergie sous forme d'énergie potentielle. Lorsque la charge du réseau est supérieure à la charge de base, elle peut être utilisée comme turbine hydraulique pour produire de l'électricité et ajuster la charge de pointe. Par conséquent, une centrale de pompage-turbinage pure ne permet pas d'augmenter la puissance du réseau, mais peut améliorer les économies d'exploitation des unités de production thermique et accroître le rendement global du réseau. Depuis les années 1950, les centrales de pompage-turbinage ont été largement valorisées et se sont développées rapidement dans le monde entier.
Les unités de pompage-turbinage développées dès leur conception ou pour des hauteurs d'eau élevées adoptent généralement un système à trois machines : elles sont composées d'un moteur-générateur, d'une turbine hydraulique et d'une pompe hydraulique en série. Leur avantage réside dans la conception séparée de la turbine et de la pompe hydraulique, ce qui permet un rendement élevé. Le sens de rotation de l'unité est identique pour la production et le pompage, ce qui permet une conversion rapide de la production d'électricité au pompage, et inversement. La turbine peut également servir au démarrage de l'unité. Leurs inconvénients sont leur coût élevé et l'investissement important dans la centrale électrique.
Les pales de la turbine de la pompe à flux incliné peuvent tourner et conserver de bonnes performances opérationnelles malgré les variations de charge et de pression. Cependant, limitée par les caractéristiques hydrauliques et la résistance des matériaux, sa hauteur d'eau maximale n'était que de 136,2 m au début des années 1980 (centrale électrique de Kogen n° 1 au Japon). Pour des hauteurs d'eau plus élevées, des turbines Francis sont nécessaires.
La centrale de pompage-turbinage est équipée de réservoirs supérieurs et inférieurs. À puissance égale, l'augmentation de la hauteur de chute permet de réduire la capacité de stockage, d'augmenter la vitesse de l'unité et de réduire le coût du projet. Par conséquent, les centrales de pompage-turbinage à haute chute, situées au-dessus de 300 mètres, connaissent un développement rapide. La turbine à pompe Francis, qui possède la plus haute hauteur de chute au monde, est installée dans la centrale de Beinabashta, en Yougoslavie. Sa puissance unitaire est de 315 MW et sa hauteur de chute est de 600,3 mètres. La pompe, d'une hauteur de chute de 623,1 mètres et d'une vitesse de rotation de 428,6 tr/min, a été mise en service en 1977. Depuis le XXe siècle, les centrales hydroélectriques ont évolué vers des paramètres élevés et une grande capacité. Avec l'augmentation de la capacité de combustion du réseau électrique et le développement de l'énergie nucléaire, afin de résoudre le problème de l'écrêtement des pointes, les pays du monde entier construisent activement des centrales de pompage-turbinage, tout en développant ou en agrandissant activement les grandes centrales hydroélectriques des principaux réseaux hydrographiques. C'est pourquoi les turbines à pompe se sont développées rapidement.
En tant que machine motrice convertissant l'énergie du courant d'eau en énergie mécanique rotative, la turbine hydraulique est un élément indispensable des groupes électrogènes à turbine hydraulique. De nos jours, la protection de l'environnement devient un enjeu de plus en plus pressant. L'hydroélectricité, mode de production d'électricité utilisant une énergie propre, connaît un développement croissant. Afin d'exploiter pleinement les diverses ressources hydrauliques, les marées, les rivières de plaine à faible dénivellation et même les vagues ont également suscité un intérêt croissant, ce qui a conduit au développement rapide des turbines tubulaires et autres petites unités.
Date de publication : 06/04/2022
