Quels sont les paramètres de fonctionnement d'une turbine hydraulique ?
Les paramètres de fonctionnement de base d'une turbine hydraulique comprennent la hauteur de chute, le débit, la vitesse, la puissance et le rendement.
La hauteur de chute d'une turbine désigne la différence d'énergie volumique de l'eau par unité de poids entre la section d'entrée et la section de sortie de la turbine, exprimée en H et mesurée en mètres.
Le débit d'une turbine hydraulique désigne le volume d'eau qui traverse la section transversale de la turbine par unité de temps.
La vitesse de la turbine fait référence au nombre de tours par minute de l'arbre principal de la turbine.
La puissance de sortie d'une turbine hydraulique fait référence à la puissance délivrée à l'extrémité de l'arbre de la turbine.
Le rendement d'une turbine désigne le rapport entre la puissance de la turbine et le débit d'eau.
Quels sont les types de turbines hydrauliques ?
Les turbines hydrauliques se divisent en deux catégories : les turbines à contre-attaque et les turbines à impulsion. Les turbines à contre-attaque comprennent six types : turbine à flux mixte (HL), turbine à pales fixes à flux axial (ZD), turbine à pales fixes à flux axial (ZZ), turbine à flux incliné (XL), turbine à pales fixes à flux traversant (GD) et turbine à pales fixes à flux traversant (GZ).
Il existe trois formes de turbines à impulsion : les turbines à godets (type à coupe) (CJ), les turbines à profil incliné (XJ) et les turbines à double prise (SJ).
3. Que sont une turbine de contre-attaque et une turbine à impulsion ?
Une turbine hydraulique qui convertit l'énergie potentielle, l'énergie de pression et l'énergie cinétique du flux d'eau en énergie mécanique solide est appelée turbine hydraulique à contre-attaque.
Une turbine hydraulique qui convertit l'énergie cinétique du courant d'eau en énergie mécanique solide est appelée turbine à impulsion.
Quelles sont les caractéristiques et le champ d'application des turbines à flux mixte ?
Une turbine à flux mixte, également appelée turbine Francis, est conçue avec un flux d'eau entrant radialement dans la roue et sortant axialement. Les turbines à flux mixte présentent une large gamme d'applications en termes de hauteur de chute, une structure simple, un fonctionnement fiable et un rendement élevé. Elles figurent parmi les turbines hydrauliques les plus utilisées aujourd'hui. La plage de hauteur de chute applicable est de 50 à 700 m.
Quelles sont les caractéristiques et le champ d'application de la turbine hydraulique rotative ?
Turbine à flux axial : le flux d’eau dans la zone de la roue est axial, et le flux d’eau passe de radial à axial entre les aubes directrices et la roue.
La structure de l'hélice fixe est simple, mais son rendement chute brutalement en cas d'écart par rapport aux conditions nominales. Elle convient aux centrales hydroélectriques de faible puissance et à faible variation de hauteur de chute, généralement de 3 à 50 mètres. La structure de l'hélice rotative est relativement complexe. Elle permet un double réglage des aubes directrices et des pales en coordonnant leur rotation, ce qui élargit la plage de rendement optimal et assure une bonne stabilité de fonctionnement. Actuellement, la hauteur de chute applicable s'étend de quelques mètres à 50-70 mètres.
Quelles sont les caractéristiques et le champ d'application des turbines hydrauliques à godets ?
Une turbine hydraulique à aubes, également appelée turbine Petion, fonctionne grâce à l'impact du jet d'eau issu de la buse sur les aubes de la turbine, perpendiculairement à sa circonférence. Ce type de turbine est utilisé pour les fortes chutes de chute : les petites aubes conviennent aux chutes de 40 à 250 m, tandis que les grandes aubes sont utilisées pour des chutes de 400 à 4 500 m.
7. Quelles sont les caractéristiques et le champ d'application d'une turbine inclinée ?
La turbine à aubes inclinées produit un jet à l'entrée duquel se trouve une buse formant un angle (généralement de 22,5 degrés) avec le plan de la roue. Ce type de turbine est utilisé dans les petites et moyennes centrales hydroélectriques, avec une hauteur de chute appropriée inférieure à 400 m.
Quelle est la structure de base d'une turbine hydraulique à godets ?
La turbine hydraulique à godets comporte les composants de surintensité suivants, dont les principales fonctions sont les suivantes :
(l) La buse est formée par le flux d'eau provenant de la conduite de pression en amont, qui la traverse et forme un jet venant frapper la roue. L'énergie de pression de l'eau à l'intérieur de la buse est convertie en énergie cinétique du jet.
(2) L'aiguille modifie le diamètre du jet pulvérisé par la buse en déplaçant l'aiguille, modifiant ainsi également le débit d'entrée de la turbine à eau.
(3) La roue est composée d'un disque et de plusieurs godets fixés sur celui-ci. Le jet se précipite vers les godets et leur transfère son énergie cinétique, entraînant ainsi la rotation de la roue et la production d'un travail.
(4) Le déflecteur est situé entre la buse et la roue. Lorsque la turbine réduit brusquement la charge, le déflecteur dévie rapidement le jet vers l'auget. L'aiguille se referme alors lentement jusqu'à une position adaptée à la nouvelle charge. Une fois la buse stabilisée, le déflecteur ramène le jet à sa position initiale et se prépare pour l'action suivante.
(5) Le carter permet l'évacuation en douceur du flux d'eau vers l'aval, et la pression à l'intérieur du carter est équivalente à la pression atmosphérique. Le carter sert également de support aux paliers de la turbine hydraulique.
9. Comment lire et comprendre la marque d'une turbine hydraulique ?
Conformément à la norme JBB84-74 « Règles de désignation des modèles de turbines » en Chine, la désignation d'une turbine se compose de trois parties, séparées par un tiret (« - »). La première partie comprend la première lettre du pinyin chinois correspondant au type de turbine hydraulique, suivie de chiffres arabes indiquant sa vitesse spécifique caractéristique. La deuxième partie se compose de deux lettres du pinyin chinois : la première décrit la configuration de l'arbre principal, et la seconde les caractéristiques de la chambre d'admission. La troisième partie correspond au diamètre nominal de la roue, exprimé en centimètres.
Comment sont spécifiés les diamètres nominaux des différents types de turbines hydrauliques ?
Le diamètre nominal d'une turbine à flux mixte est le diamètre maximal sur le bord d'entrée des pales de la roue, c'est-à-dire le diamètre à l'intersection de l'anneau inférieur de la roue et du bord d'entrée des pales.
Le diamètre nominal des turbines à flux axial et incliné est le diamètre à l'intérieur de la chambre de la roue à l'intersection de l'axe de la pale de la roue et de la chambre de la roue.
Le diamètre nominal d'une turbine hydraulique à godets est le diamètre du cercle primitif auquel la roue est tangente à la ligne principale du jet.
Quelles sont les principales causes de cavitation dans les turbines hydrauliques ?
Les causes de la cavitation dans les turbines hydrauliques sont relativement complexes. On considère généralement que la distribution de la pression à l'intérieur de la roue de la turbine est inégale. Par exemple, si la roue est installée trop haut par rapport au niveau d'eau en aval, le flux d'eau à grande vitesse traversant la zone de basse pression risque d'atteindre la pression de vaporisation et de produire des bulles. Lorsque l'eau s'écoule dans la zone de haute pression, l'augmentation de pression provoque la condensation des bulles. Les particules d'eau, projetées à grande vitesse vers le centre des bulles, entrent alors en collision pour combler les espaces créés par la condensation, générant ainsi un impact hydraulique et des effets électrochimiques importants. Ces derniers entraînent l'érosion des aubes, provoquant des piqûres et des porosités en nid d'abeille, voire des perforations.
Quelles sont les principales mesures pour prévenir la cavitation dans les turbines hydrauliques ?
La cavitation dans les turbines hydrauliques engendre du bruit, des vibrations et une chute brutale du rendement, provoquant l'érosion des aubes, la formation de piqûres et de porosités alvéolaires, voire la perforation de la turbine, ce qui endommage l'unité et la rend inutilisable. Il est donc essentiel de prévenir la cavitation en cours de fonctionnement. Actuellement, les principales mesures de prévention et de réduction des dommages dus à la cavitation sont les suivantes :
(l) Concevoir correctement la roue de la turbine pour réduire le coefficient de cavitation de la turbine.
(2) Améliorer la qualité de fabrication, assurer une forme géométrique correcte et une position relative des lames, et veiller à ce que les surfaces soient lisses et polies.
(3) Utilisation de matériaux anti-cavitation pour réduire les dommages causés par la cavitation, tels que des roues en acier inoxydable.
(4) Déterminer correctement l'élévation d'installation de la turbine hydraulique.
(5) Améliorer les conditions d'exploitation afin d'éviter que la turbine ne fonctionne à faible hauteur de chute et à faible charge pendant une période prolongée. Il est généralement interdit aux turbines hydrauliques de fonctionner à faible puissance (par exemple, en dessous de 50 % de la puissance nominale). Dans les centrales hydroélectriques à plusieurs unités, il convient d'éviter le fonctionnement prolongé à faible charge et en surcharge d'une seule unité.
(6) Un entretien régulier et une attention particulière doivent être portés à la qualité du polissage des soudures de réparation afin d'éviter le développement malin de dommages de cavitation.
(7) À l’aide d’un dispositif d’alimentation en air, de l’air est introduit dans le tuyau d’évacuation des eaux usées pour éliminer le vide excessif qui pourrait provoquer la cavitation.
Comment les centrales électriques sont-elles classées en grandes, moyennes et petites centrales ?
Selon les normes ministérielles actuelles, les équipements d'une capacité installée inférieure à 50 000 kW sont considérés comme petits ; les équipements de taille moyenne ont une capacité installée de 50 000 à 250 000 kW ; et les équipements d'une capacité installée supérieure à 250 000 kW sont considérés comme grands.
Quel est le principe de base de la production d'énergie hydroélectrique ?
La production d'énergie hydroélectrique repose sur l'utilisation de la force hydraulique (la hauteur de chute de l'eau) pour actionner une machine hydraulique (turbine) et convertir ainsi l'énergie de l'eau en énergie mécanique. Si un autre type de machine (générateur) est connecté à la turbine pour produire de l'électricité grâce à sa rotation, l'énergie mécanique est alors convertie en énergie électrique. La production d'énergie hydroélectrique est donc, en quelque sorte, le processus de conversion de l'énergie potentielle de l'eau en énergie mécanique, puis en énergie électrique.
Quelles sont les méthodes de développement des ressources hydrauliques et les principaux types de centrales hydroélectriques ?
Les méthodes de développement des ressources hydrauliques sont choisies en fonction de la chute concentrée, et il existe généralement trois méthodes de base : le type barrage, le type dérivation et le type mixte.
(1) Une centrale hydroélectrique de type barrage désigne une centrale hydroélectrique construite dans un lit de rivière, avec une chute concentrée et une certaine capacité de réservoir, et située près du barrage.
(2) Une centrale hydroélectrique à dérivation d'eau désigne une centrale hydroélectrique qui utilise pleinement la chute naturelle de la rivière pour détourner l'eau et produire de l'électricité, sans réservoir ni capacité de régulation, et qui est située sur une rivière en aval.
(3) Une centrale hydroélectrique hybride est une centrale qui exploite une chute d'eau, partiellement créée par la construction d'un barrage et partiellement par la chute naturelle d'un cours d'eau, avec une certaine capacité de stockage. La centrale est située en aval d'un cours d'eau.
Que sont le débit, le ruissellement total et le débit annuel moyen ?
Le débit fait référence au volume d'eau traversant la section transversale d'une rivière (ou d'une structure hydraulique) par unité de temps, exprimé en mètres cubes par seconde ;
Le ruissellement total fait référence à la somme du débit total d'eau à travers la section d'une rivière au cours d'une année hydrologique, exprimée en 104 m3 ou 108 m3 ;
Le débit annuel moyen fait référence au débit annuel moyen Q3/S d'une section de rivière calculé sur la base des séries hydrologiques existantes.
Quels sont les principaux éléments d'un projet de centre névralgique de petite centrale hydroélectrique ?
Il se compose principalement de quatre parties : les ouvrages de retenue d'eau (barrages), les ouvrages d'évacuation des crues (déversoirs ou vannes), les ouvrages de dérivation d'eau (canaux ou tunnels de dérivation, y compris les puits de régulation de pression) et les bâtiments de la centrale électrique (y compris les canaux de fuite et les stations de surpression).
18. Qu'est-ce qu'une centrale hydroélectrique au fil de l'eau ? Quelles sont ses caractéristiques ?
Une centrale hydroélectrique sans réservoir de régulation est appelée centrale au fil de l'eau. Ce type de centrale adapte sa puissance installée au débit annuel moyen du cours d'eau et à la hauteur de chute potentielle. La production d'électricité chute fortement pendant la saison sèche, de moins de 50 %, voire est parfois nulle, car elle est limitée par le débit naturel du cours d'eau. En revanche, le volume d'eau disponible pendant la saison des pluies est important.
19. Qu'est-ce que la production ? Comment estimer la production et calculer la puissance générée par une centrale hydroélectrique ?
Dans une centrale hydroélectrique, la puissance produite par le groupe hydroélectrique est appelée puissance de sortie. Le débit d'une section de cours d'eau représente les ressources en énergie hydraulique de cette section. La puissance de sortie correspond à la quantité d'énergie hydraulique par unité de temps. Dans l'équation N = 9,81 η QH, Q est le débit (m³/s) ; H est la hauteur de chute (m) ; N est la puissance de sortie de la centrale (W) ; et η est le rendement du générateur hydroélectrique. La formule approximative pour la puissance de sortie des petites centrales hydroélectriques est N = (6,0 - 8,0) QH. La formule pour la production annuelle d'électricité est E = NT, où N est la puissance de sortie moyenne ; et T est la durée annuelle d'utilisation (en heures).
Quel est le nombre d'heures d'utilisation annuelles de la capacité installée ?
Il s'agit de la durée moyenne de fonctionnement à pleine charge d'un groupe hydroélectrique sur une année. C'est un indicateur important pour mesurer la rentabilité des centrales hydroélectriques ; les petites centrales hydroélectriques doivent avoir une durée d'utilisation annuelle supérieure à 3 000 heures.
21. Que sont l'ajustement quotidien, l'ajustement hebdomadaire, l'ajustement annuel et l'ajustement pluriannuel ?
(1) Régulation quotidienne : se réfère à la redistribution des eaux de ruissellement au cours d'une journée et d'une nuit, avec une période de régulation de 24 heures.
(2) Ajustement hebdomadaire : La période d’ajustement est d’une semaine (7 jours).
(3) Régulation annuelle : La redistribution des eaux de ruissellement au cours d'une année, où seule une partie de l'eau excédentaire pendant la saison des crues peut être stockée, est appelée régulation annuelle incomplète (ou régulation saisonnière) ; La capacité de redistribuer entièrement l'eau entrante au cours de l'année en fonction des besoins d'utilisation de l'eau sans avoir besoin d'abandonner l'eau est appelée régulation annuelle.
(4) Régulation pluriannuelle : Lorsque le volume du réservoir est suffisamment important pour stocker l'eau excédentaire pendant de nombreuses années dans le réservoir, puis l'allouer à plusieurs années sèches pour la régulation annuelle, on parle de régulation pluriannuelle.
22. Qu'est-ce qu'une goutte d'eau ?
La différence d'altitude entre les deux sections transversales du tronçon de rivière utilisé est appelée la chute ; la différence d'altitude entre les surfaces d'eau à la source et à l'embouchure de la rivière est appelée la chute totale.
23. Quelles sont les précipitations, leur durée, leur intensité, leur zone et le centre de l'orage ?
Les précipitations correspondent à la quantité totale d'eau qui tombe sur un point ou une zone donnés pendant une période de temps déterminée, exprimée en millimètres.
La durée des précipitations fait référence à la durée de la précipitation.
L'intensité des précipitations fait référence à la quantité de précipitations par unité de temps, exprimée en mm/h.
La zone de précipitations désigne la surface horizontale couverte par les précipitations, exprimée en km².
Le centre de l'orage désigne une petite zone locale où l'orage se concentre.
24. Qu'est-ce qu'une estimation d'investissement en ingénierie ? Estimation d'investissement en ingénierie et budget d'ingénierie ?
Le budget d'ingénierie est un document technico-économique qui recense, sous forme monétaire, tous les fonds nécessaires à la construction d'un projet. Le budget de conception préliminaire est un élément essentiel des documents de conception préliminaire et constitue le principal critère d'évaluation de la viabilité économique du projet. Le budget global approuvé est un indicateur important, reconnu par l'État, des investissements de base dans le secteur de la construction ; il sert également de base à l'élaboration des plans de construction de base et des dossiers d'appel d'offres. L'estimation des investissements d'ingénierie correspond au montant des investissements réalisés lors de l'étude de faisabilité. Le budget d'ingénierie, quant à lui, correspond au montant des investissements réalisés pendant la phase de construction.
Quels sont les principaux indicateurs économiques des centrales hydroélectriques ?
(1) L'investissement par kilowatt-unité fait référence à l'investissement requis par kilowatt de capacité installée.
(2) L’investissement énergétique unitaire fait référence à l’investissement requis par kilowatt-heure d’électricité.
(3) Le coût de l’électricité est le tarif payé par kilowattheure d’électricité.
(4) Les heures annuelles d’utilisation de la capacité installée constituent une mesure du niveau d’utilisation des équipements de la centrale hydroélectrique.
(5) Le prix de vente de l’électricité est le prix par kilowatt-heure d’électricité vendue au réseau.
Comment calculer les principaux indicateurs économiques des centrales hydroélectriques ?
Les principaux indicateurs économiques des centrales hydroélectriques sont calculés selon la formule suivante :
(1) Investissement par unité de kilowatt = investissement total dans la construction de la centrale hydroélectrique / capacité installée totale de la centrale hydroélectrique
(2) Investissement énergétique unitaire = investissement total dans la construction de la centrale hydroélectrique / production d'électricité annuelle moyenne de la centrale hydroélectrique
(3) Heures d'utilisation annuelles de la capacité installée = production d'électricité annuelle moyenne / capacité installée totale
Date de publication : 28 octobre 2024
