Comment une goutte d'eau peut-elle être réutilisée 19 fois ? Un article dévoile les mystères de la production d'énergie hydroélectrique.

Comment une goutte d'eau peut-elle être réutilisée 19 fois ? Un article dévoile les mystères de la production d'énergie hydroélectrique.

L'hydroélectricité est depuis longtemps un moyen important de production d'électricité. Les fleuves s'écoulent sur des milliers de kilomètres, renfermant une énergie considérable. La mise en valeur et l'utilisation de cette énergie naturelle pour produire de l'électricité constituent la production d'énergie hydroélectrique. Ce processus est en réalité une conversion d'énergie.
1. Qu'est-ce qu'une centrale hydroélectrique à stockage par pompage ?
Les centrales de pompage-turbinage représentent actuellement la méthode de stockage d'énergie à haute capacité la plus aboutie technologiquement et la plus stable. En construisant ou en utilisant deux réservoirs existants, on crée une chute d'eau, et le surplus d'électricité du réseau électrique pendant les périodes de faible consommation est pompé vers des zones plus élevées pour y être stocké. Lors des pics de consommation, l'électricité est produite par le relâchement de cette eau, constituant ainsi une véritable « super réserve d'énergie ».
Les centrales hydroélectriques sont des installations qui utilisent l'énergie cinétique de l'eau pour produire de l'électricité. Elles sont généralement construites au niveau de fortes chutes d'eau, grâce à des barrages qui interceptent le débit et forment des réservoirs, lesquels convertissent ensuite l'énergie hydraulique en électricité grâce à des turbines et des générateurs.
Cependant, le rendement de production d'électricité d'une centrale hydroélectrique isolée reste faible car, après le passage de l'eau, une grande quantité d'énergie cinétique demeure inexploitée. En connectant plusieurs centrales en série pour former un système en cascade, une goutte d'eau peut être activée plusieurs fois à différentes hauteurs, améliorant ainsi le rendement de production d'électricité.

Quels sont les avantages des centrales hydroélectriques, outre la production d'électricité ? En réalité, la construction de centrales hydroélectriques a également un impact important sur le développement économique et social local.
D'une part, la construction de centrales hydroélectriques peut stimuler le développement des infrastructures locales et l'essor industriel. Elle nécessite d'importants investissements en main-d'œuvre, en matériaux et en finances, créant ainsi des emplois et une demande sur le marché local, dynamisant les filières industrielles connexes et augmentant les recettes fiscales locales. À titre d'exemple, le projet de la centrale hydroélectrique de Wudongde, dont l'investissement total s'élève à environ 120 milliards de yuans, pourrait générer des investissements régionaux de 100 à 125 milliards de yuans. Durant la construction, l'emploi a été créé en moyenne 70 000 personnes par an, constituant ainsi un nouveau moteur de croissance économique locale.
D'autre part, la construction de centrales hydroélectriques peut améliorer l'environnement écologique local et le bien-être des populations. Elle doit non seulement respecter des normes environnementales strictes, mais aussi s'accompagner de mesures de restauration et de protection de l'environnement, de l'élevage et du lâcher d'espèces de poissons rares, de l'amélioration des paysages fluviaux et de la promotion de la biodiversité. Par exemple, depuis la mise en service de la centrale hydroélectrique de Wudongde, plus de 780 000 alevins de poissons rares, tels que le poisson-globe, la tortue blanche, la loche allongée et la carpe bar, ont été relâchés. De plus, la construction de ces centrales implique le relogement et la réinstallation de populations migrantes, ce qui leur offre de meilleures conditions de vie et des perspectives de développement. À titre d'exemple, le comté de Qiaojia, où se situe la centrale hydroélectrique de Baihetan, a entraîné le relogement et la réinstallation de 48 563 personnes. Le comté de Qiaojia a transformé la zone de relogement en une zone urbaine moderne, a amélioré les infrastructures et les services publics, et a contribué à améliorer la qualité de vie et le bien-être des populations migrantes.
Une centrale hydroélectrique n'est pas seulement une centrale électrique, c'est aussi une source de bénéfices. Elle fournit non seulement de l'énergie propre au pays, mais elle favorise également un développement durable au niveau local. C'est une situation gagnant-gagnant qui mérite notre attention et dont nous pouvons nous inspirer.

2. Types de base de production d'énergie hydroélectrique
Les méthodes couramment utilisées pour concentrer les précipitations comprennent la construction de barrages, la dérivation d'eau ou une combinaison des deux.

Construisez un barrage sur une portion de rivière présentant une forte dénivellation, aménagez un réservoir pour stocker l'eau et en rehausser le niveau, installez une turbine hydraulique en amont du barrage, et l'eau du réservoir s'écoule par un canal de dérivation jusqu'à la turbine située en aval. L'eau actionne la turbine, qui à son tour fait tourner un générateur pour produire de l'électricité, puis l'eau est évacuée par un canal de fuite vers l'aval. Voilà comment construire un barrage et un réservoir pour la production d'électricité.
En raison de la grande différence de niveau d'eau entre la surface du réservoir à l'intérieur du barrage et la surface de sortie de la turbine hydraulique à l'extérieur, une grande quantité d'eau du réservoir peut être utilisée pour produire de l'énergie grâce à un potentiel hydroélectrique important, permettant ainsi un taux d'utilisation élevé des ressources en eau. La centrale hydroélectrique construite selon la méthode de la chute concentrée dans un barrage est appelée centrale hydroélectrique de type barrage, et se divise principalement en deux catégories : les centrales hydroélectriques de type barrage et les centrales hydroélectriques de type lit de rivière.
La création d'un réservoir en amont du fleuve permet de stocker l'eau et d'en rehausser le niveau. Une turbine hydraulique est installée en aval, et l'eau est acheminée du réservoir vers cette turbine par un canal de dérivation. Le courant actionne la turbine, qui à son tour actionne un générateur pour produire de l'électricité. L'eau est ensuite rejetée dans le cours inférieur du fleuve par un canal de fuite. Ce canal de dérivation, plus long, traverse la montagne et constitue ainsi un système de dérivation des eaux et de production d'électricité.
En raison de la grande différence de niveau d'eau H0 entre la surface du réservoir en amont et la surface de sortie de la turbine en aval, le volume important d'eau contenu dans le réservoir exploite une énergie potentielle considérable, permettant ainsi une utilisation efficace des ressources en eau. Les centrales hydroélectriques utilisant une méthode de dérivation de chute concentrée sont appelées centrales à dérivation, et comprennent principalement les centrales à dérivation sous pression et les centrales à dérivation sans pression.

3. Comment parvenir à « réutiliser 19 fois une goutte d’eau » ?
La centrale hydroélectrique de Nanshan, située à la jonction des comtés de Yanyuan et de Butuo, dans la préfecture autonome yi de Liangshan (province du Sichuan), a été officiellement achevée et mise en service le 30 octobre 2019. D'une capacité installée totale de 102 000 mégawatts, cette centrale hydroélectrique exploite de manière intégrée les ressources en eau naturelles, l'énergie éolienne et l'énergie solaire. Son principal atout réside dans sa capacité à optimiser l'utilisation des ressources en eau grâce à des procédés technologiques avancés. Chaque goutte d'eau est utilisée 19 fois, générant ainsi 34,1 milliards de kilowattheures d'électricité supplémentaires et réalisant une véritable prouesse dans le domaine de l'hydroélectricité.
Tout d'abord, la centrale hydroélectrique de Nanshan adopte la technologie de production d'énergie hydroélectrique hybride la plus avancée au monde, qui utilise de manière exhaustive les ressources en eau naturelles, l'énergie éolienne et l'énergie solaire, et réalise une optimisation et une collaboration systématiques grâce à des moyens technologiques, permettant ainsi un développement durable.
Deuxièmement, la centrale hydroélectrique met en œuvre des technologies de pointe telles que l'analyse des mégadonnées, l'intelligence artificielle et l'Internet des objets afin de gérer avec précision divers paramètres comme le niveau d'eau, la hauteur de chute et le débit, et ainsi améliorer son efficacité opérationnelle. Par exemple, grâce à une technologie de suivi et de régulation automatique de la hauteur de chute, le groupe turboalternateur optimise l'utilisation des ressources en eau tout en garantissant un fonctionnement sûr, permettant d'optimiser et d'accroître la production d'électricité par l'optimisation de la hauteur de chute. Parallèlement, lorsque le niveau d'eau du réservoir est bas, la centrale met en place un système de gestion dynamique du réservoir afin de ralentir la baisse du niveau, d'améliorer l'efficacité du recyclage et d'augmenter ainsi la capacité de production d'électricité.
Par ailleurs, l'excellente conception de la centrale hydroélectrique de Nanshan est également indispensable. Elle utilise une turbine à aimants permanents (turbine Pelton-Michel), caractérisée par le fait que, lors de la pulvérisation de l'eau sur la roue, la section de la buse et le débit peuvent être ajustés par rotation, permettant ainsi de synchroniser la direction et la vitesse de pulvérisation avec le sens de rotation de la roue et d'optimiser le rendement de la production d'électricité. De plus, des technologies de pointe telles que la pulvérisation d'eau multipoints et l'ajout de sections rotatives ont été mises en œuvre, améliorant considérablement le rendement de la production d'électricité.
Enfin, la centrale hydroélectrique de Nanshan utilise une technologie de stockage d'énergie exclusive. Un système de drainage d'urgence a été installé dans la zone de retenue des eaux. Grâce à ce réservoir, les ressources en eau peuvent être gérées selon différentes périodes, permettant ainsi la production d'eau et le transport d'électricité, et garantissant une utilisation économique et sûre de ces ressources.

Globalement, si la centrale hydroélectrique de Nanshan a atteint son objectif de « réutiliser 19 fois la quantité d'eau produite », c'est grâce à divers facteurs, notamment sa technologie de pointe en matière de production d'énergie hydroélectrique hybride, l'application de technologies de dernière génération, des mécanismes de gestion efficaces, une conception optimale et une technologie de stockage d'énergie unique. Ce succès ouvre de nouvelles perspectives et de nouveaux modèles pour le développement du secteur hydroélectrique et constitue un exemple inspirant pour le développement durable de l'industrie énergétique chinoise.