J'ai un ami qui est dans la fleur de l'âge et en pleine santé. Bien que je sois sans nouvelles de lui depuis plusieurs jours, j'imagine qu'il va bien. Je l'ai croisé par hasard aujourd'hui, mais il avait l'air très fatigué. Je n'ai pas pu m'empêcher de m'inquiéter pour lui. Je suis allé lui demander des nouvelles.
Il soupira et dit lentement : « J'ai un faible pour une fille en ce moment. » On peut dire que les « beaux sourires et les beaux yeux » me touchent profondément. Cependant, mes parents, encore préoccupés par mon avenir scolaire, ont des doutes, et c'est pourquoi je n'ai pas pu m'engager depuis longtemps. « Je prends du poids et je ne le regretterai pas, je serai maigre comme un clou pour l'Irak », voilà ce qui me fait penser à ça aujourd'hui. Je sais que tu es très cultivé. Puisque le destin nous réunit aujourd'hui, j'aimerais te demander un petit service. Si le destin est ainsi fait, puisque les Six Rites se sont rencontrés, les deux personnes de la même famille se marieront et scelleront leur union. Leur bonheur sera éternel, unis par le même nom. Avec la promesse d'une tête blanche, écris à Hongjian, afin que cette alliance aux feuilles rouges soit inscrite dans le mandarinier. En cas de désaccord, il convient de « régler le différend et de dénouer les tensions, plutôt que de se haïr ; que l'un se sépare et que l'autre pardonne, et que chacun soit heureux ». D'ailleurs, cette fille a un double nom pour le pompage de l'eau et un autre pour le stockage de l'énergie.
Après avoir entendu cela, je ne suis absolument pas en colère. C'est clairement votre supérieur qui vous a demandé d'évaluer la rentabilité d'une centrale de pompage-turbinage, mais vous avez trouvé cela si original et pertinent. « Un bon mariage est fait par la nature, et un bon couple aussi. » Je ne peux rien dire sur les sentiments. Mais concernant les centrales de pompage-turbinage, je viens de consulter un cadre supérieur au sujet du système d'évaluation « intégré en cinq dimensions », après avoir mené à bien plus de 100 projets de ce type. Ces dimensions sont : la situation géographique, les conditions de construction, le contexte environnemental, la conception technique et les indicateurs économiques. Si vous le souhaitez, écoutez-moi.
1. Situation géographique
Dans le secteur immobilier, un vieil adage affirme que « l'emplacement, l'emplacement, l'emplacement » est « l'emplacement, l'emplacement, et encore l'emplacement ». Cette célèbre maxime de Wall Street a été largement diffusée après avoir été citée par Li Ka-shing.
Dans l'évaluation globale des projets de stockage par pompage, la situation géographique est primordiale. Le stockage par pompage est principalement destiné à l'alimentation du réseau électrique ou au développement de grands pôles d'énergies renouvelables. Par conséquent, l'implantation géographique d'une centrale de stockage par pompage se fait principalement selon deux critères : la proximité d'un centre de consommation ou celle d'un pôle d'énergies renouvelables.
À l'heure actuelle, la plupart des centrales hydroélectriques à accumulation par pompage construites ou en construction en Chine sont situées au cœur du réseau électrique où elles se trouvent. Par exemple, la centrale de Guangzhou (2,4 millions de kilowatts) est à 90 kilomètres de Guangzhou, celle des Tombeaux Ming (0,8 million de kilowatts) à 40 kilomètres de Pékin, celle de Tianhuangping (1,8 million de kilowatts) à 57 kilomètres de Hangzhou et celle de Shenzhen (1,2 million de kilowatts) en pleine agglomération.
Par ailleurs, afin de répondre aux besoins du développement rapide des énergies nouvelles, dans le cadre d'un développement intégré des ressources en eau et des paysages, ainsi que du développement de pôles énergétiques dans le désert et le désert de Gobi, il est possible de planifier la construction de nouvelles centrales de pompage-turbinage à proximité de ces pôles. À titre d'exemple, les centrales de pompage-turbinage actuellement en projet au Xinjiang, au Gansu, au Shaanxi, en Mongolie-Intérieure, au Shanxi et dans d'autres régions, outre leur contribution à l'alimentation des réseaux électriques locaux, sont principalement destinées aux pôles énergétiques.
Le premier point à considérer pour une évaluation complète d'une centrale de pompage-turbinage est son lieu d'implantation initial. En règle générale, ce type de centrale devrait privilégier la distribution décentralisée, en se concentrant sur les zones proches du centre de consommation du réseau et des pôles de production d'énergie nouvelle. Par ailleurs, dans les zones dépourvues de centrales de pompage-turbinage, la priorité devrait également être accordée lorsque les ressources sont suffisantes.
2. Conditions de construction
1. Conditions topographiques
L'analyse des conditions topographiques porte principalement sur la hauteur d'eau, le rapport distance/altitude et la capacité de stockage effective naturelle des réservoirs supérieur et inférieur. L'énergie stockée dans une station de pompage-turbinage correspond essentiellement à l'énergie potentielle gravitationnelle de l'eau, égale au produit de la différence de hauteur et de la densité de l'eau dans le réservoir. Par conséquent, pour stocker la même énergie, il est nécessaire soit d'accroître la différence de hauteur entre les réservoirs supérieur et inférieur, soit d'augmenter la capacité de stockage régulée de ces réservoirs.
Si les conditions sont réunies, il est préférable d'opter pour une plus grande différence de hauteur entre les réservoirs supérieur et inférieur. Cela permet de réduire la taille de ces réservoirs, ainsi que celle de la centrale et des équipements électromécaniques, et donc le coût du projet. Cependant, compte tenu du niveau actuel de fabrication des centrales de pompage-turbinage, une différence de hauteur trop importante complexifie la production. Il est donc préférable de privilégier une différence plus grande. D'après l'expérience, la chute de pression se situe généralement entre 400 et 700 m. À titre d'exemple, la chute de pression nominale de la centrale de pompage-turbinage des Tombeaux Ming est de 430 m ; celle de la centrale de Xianju, de 447 m ; celle de Tianchi, de 510 m ; celle de Tianhuangping, de 526 m ; celle de Xilongchi, de 640 m ; et celle de Dunhua, de 655 m. À l'heure actuelle, la centrale hydroélectrique de Changlongshan possède la plus grande hauteur de chute d'utilisation (710 m) jamais construite en Chine ; la centrale hydroélectrique de Tiantai, en construction, détient la plus grande hauteur de chute d'utilisation (724 m).
Le rapport espace-profondeur est le rapport entre la distance horizontale et la différence d'altitude entre les réservoirs supérieur et inférieur. En règle générale, il est préférable qu'il soit faible, ce qui permet de réduire les travaux d'ingénierie du système de transport d'eau et de réaliser des économies. Cependant, l'expérience montre qu'un rapport espace-profondeur trop faible peut facilement engendrer des problèmes d'aménagement et des pentes importantes. C'est pourquoi un rapport espace-profondeur compris entre 2 et 10 est généralement approprié. Par exemple, le rapport espace-profondeur de la station de pompage-turbinage de Changlongshan est de 3,1 ; celui de la station de pompage-turbinage de Huizhou est de 8,3.
Lorsque le terrain des bassins amont et aval du réservoir est relativement dégagé, le besoin de stockage d'énergie peut être limité à une petite surface du bassin. Dans le cas contraire, il est nécessaire d'agrandir le bassin ou d'ajuster la capacité du réservoir par des travaux d'extension et d'excavation, ce qui augmente l'emprise au sol et le volume des ouvrages. Pour les centrales hydroélectriques à accumulation par pompage d'une puissance installée de 1,2 million de kilowatts et d'une durée de fonctionnement de 6 heures, la capacité de stockage nécessaire à la régulation de la production d'électricité est d'environ 8 millions de m³, 7 millions de m³ et 6 millions de m³ respectivement pour des hauteurs d'eau de 400 m, 500 m et 600 m. Il convient également de prendre en compte la capacité morte, la capacité de stockage pour compenser les pertes d'eau et d'autres facteurs afin de déterminer la capacité totale du réservoir. Pour répondre aux exigences de capacité, le réservoir doit être créé par la construction de barrages ou par des travaux d'extension et d'excavation, en tenant compte du terrain naturel.
De plus, le bassin versant du réservoir supérieur étant généralement restreint, la maîtrise des crues peut être assurée par une surélévation appropriée du barrage. Par conséquent, l'étroite vallée à l'exutoire du bassin du réservoir supérieur constitue un emplacement idéal pour la construction d'un barrage, permettant de réduire considérablement le volume de remblai nécessaire.
2. Conditions géologiques
Seules les montagnes verdoyantes ressemblent à des murs lorsqu'elles désignent les Six Dynasties.
— Yuan Sadurah
Les conditions géologiques comprennent principalement la stabilité structurale régionale, les conditions géologiques d'ingénierie des réservoirs supérieurs et inférieurs et de leurs zones de jonction, les conditions géologiques d'ingénierie du système de transport d'eau et de production d'électricité, et les matériaux de construction naturels.
Les ouvrages de retenue et d'évacuation de la centrale de pompage-turbinage doivent être situés à l'écart des failles actives, et la zone du réservoir ne doit pas présenter de risques importants de glissements de terrain, d'effondrements, de coulées de débris ou d'autres phénomènes géologiques défavorables. Les cavernes souterraines de la centrale doivent être situées à l'écart des massifs rocheux fragiles ou fracturés. Lorsque ces contraintes ne peuvent être évitées par la conception technique, les conditions géologiques constituent une limite à la construction de la centrale.
Même si la centrale de pompage-turbinage s'affranchit des contraintes mentionnées ci-dessus, les conditions géologiques influent considérablement sur le coût du projet. De manière générale, plus la sismicité est rare dans la zone du projet et plus la roche est dure, plus il est facile de réduire le coût de construction des centrales de pompage-turbinage.
Compte tenu des caractéristiques des bâtiments et des caractéristiques de fonctionnement de la centrale de pompage-turbinage, les principaux problèmes géologiques liés à l'ingénierie peuvent être résumés comme suit :
(1) Comparativement aux centrales électriques conventionnelles, les centrales à accumulation par pompage offrent une plus grande marge de manœuvre pour le choix du site de la centrale et du réservoir. Les sites présentant des conditions géologiques défavorables ou des difficultés d'ingénierie peuvent être écartés grâce aux études géologiques réalisées lors de la phase de prospection et de planification de la centrale. Le rôle de l'exploration géologique est particulièrement important à ce stade.
Cependant, les merveilles du monde résident souvent dans le danger et l'éloignement, et ce sont les personnes les plus rares qui les possèdent, de sorte qu'il est impossible pour quiconque en a la volonté de les atteindre.
——Dynastie Song, Wang Anshi
Étude du site du barrage supérieur de la centrale hydroélectrique de pompage-turbinage de Shitai dans la province d'Anhui
(2) De nombreux ouvrages souterrains comportent des cavernes, de longs tronçons de tunnels à haute pression, une forte pression d'eau interne, un enfouissement profond et une grande envergure. Il est nécessaire de démontrer pleinement la stabilité de la roche encaissante et de déterminer la méthode d'excavation, le type de soutènement et de revêtement, ainsi que l'étendue et la profondeur de la roche encaissante du tunnel.
(3) La capacité de stockage du réservoir de pompage-turbinage est généralement faible et les coûts de pompage élevés pendant son exploitation. Il est donc impératif de contrôler rigoureusement les fuites du réservoir supérieur. Ce dernier est majoritairement situé au sommet des montagnes, souvent entouré de vallées basses. Un nombre considérable de stations sont implantées dans des zones karstiques défavorables afin de tirer parti de la topographie avantageuse. Les problèmes de fuites dans les vallées adjacentes et les infiltrations karstiques sont relativement fréquents et nécessitent une attention particulière, ainsi qu'un contrôle rigoureux de la qualité de la construction.
(4) La répartition des matériaux utilisés pour le remblayage du barrage dans le bassin de retenue de la centrale de pompage-turbinage est un facteur déterminant du taux d'utilisation des ressources. Lorsque les réserves de matériaux dans la zone d'excavation du bassin de retenue, au-dessus du niveau d'eau mort, couvrent précisément les besoins de remblayage et qu'il n'y a pas de déblais de surface, l'équilibre optimal entre l'excavation et le remblayage est atteint. En cas de déblais de surface importants, leur utilisation pour le remblayage peut être optimisée par un fractionnement des matériaux. Il est donc essentiel d'établir un modèle géologique précis des zones amont et aval des réservoirs, grâce à des méthodes d'exploration efficaces, pour concevoir un équilibre optimal entre l'excavation et le remblayage du bassin de retenue.
(5) Lors de l'exploitation du réservoir, les variations brusques et importantes du niveau d'eau, tant en montée qu'en descente, sont fréquentes. Le mode de fonctionnement de la centrale de pompage-turbinage influe considérablement sur la stabilité du talus de la berge, ce qui impose des exigences plus strictes quant aux conditions géologiques de ce talus. Si les exigences relatives au coefficient de sécurité de stabilité ne sont pas respectées, il est nécessaire de réduire le taux de nivellement ou d'augmenter la résistance des soutènements, ce qui engendre une hausse des coûts d'ingénierie.
(6) Les fondations de l'ensemble du bassin de retenue anti-infiltration de la centrale hydroélectrique à stockage par pompage doivent répondre à des exigences élevées en matière de déformation, de drainage et d'uniformité, en particulier pour les fondations de l'ensemble du bassin de retenue anti-infiltration dans les zones karstiques, l'effondrement karstique au fond du bassin, la déformation inégale des fondations, le soulèvement inverse de l'eau karstique, la pression négative karstique, l'effondrement de la couverture de la dépression karstique et d'autres problèmes doivent faire l'objet d'une attention particulière.
(7) En raison du fort dénivelé de la centrale de pompage-turbinage, le groupe réversible doit respecter des exigences plus strictes en matière de contrôle des sédiments traversant la turbine. Il convient d'accorder une attention particulière à la protection et au drainage des sources de sédiments solides dans le ravin situé en aval du talus, à l'entrée et à la sortie, ainsi qu'au stockage des sédiments accumulés lors des crues.
(8) Les centrales hydroélectriques à accumulation par pompage ne nécessitent pas de grands barrages ni de vastes réservoirs. La hauteur du barrage et les talus excavés manuellement de la plupart des réservoirs supérieurs et inférieurs ne dépassent pas 150 m. Les problèmes géologiques liés aux fondations du barrage et aux talus sont moins complexes à résoudre que pour les grands barrages et les vastes réservoirs des centrales hydroélectriques conventionnelles.
3. Conditions de formation de l'entrepôt
Les réservoirs supérieur et inférieur doivent présenter des conditions topographiques adaptées à la construction de barrages. Généralement, une hauteur de chute d'environ 400 à 500 m est envisagée, sur la base d'une puissance installée de 1,2 million de kilowatts et d'une durée de fonctionnement à pleine puissance de 6 heures. La capacité de stockage régulée des réservoirs de pompage-turbinage est ainsi d'environ 6 à 8 millions de m³. Certaines stations de pompage-turbinage présentent naturellement un « ventre », ce qui facilite l'ajout d'un réservoir par la construction d'un barrage. Dans ce cas, la retenue d'eau par barrage est possible. Cependant, d'autres stations de pompage-turbinage disposent d'une faible capacité de stockage naturelle et nécessitent des travaux d'excavation pour créer le réservoir nécessaire. Ceci engendre deux problèmes : d'une part, un coût de développement relativement élevé ; d'autre part, la nécessité d'effectuer d'importantes excavations, alors que la capacité de stockage d'énergie de la centrale ne doit pas être trop importante.
Outre les exigences en matière de capacité de stockage, le projet de réservoir de stockage par pompage doit également prendre en compte la prévention des infiltrations, l'équilibre entre les travaux d'excavation et de remblayage, le choix du type de barrage, etc., et déterminer le schéma de conception par une analyse technico-économique approfondie. De manière générale, si un réservoir peut être créé par la construction d'un barrage et que des mesures d'étanchéité localisées sont mises en œuvre, les conditions de formation du réservoir sont relativement favorables (voir figure 2.3-1). Si un bassin est créé par d'importants travaux d'excavation et que des mesures d'étanchéité globales sont adoptées, les conditions de formation du réservoir sont relativement générales (voir figures 2.3-2 et 2.3-3).
Prenons l'exemple de la centrale hydroélectrique de Guangzhou, qui présente de bonnes conditions de formation de réservoir : les conditions de formation des réservoirs supérieur et inférieur sont relativement bonnes, et le réservoir peut être formé par barrage, avec une capacité de réservoir supérieur de 24,08 millions de m3 et une capacité de réservoir inférieur de 23,42 millions de m3.
Par ailleurs, la centrale hydroélectrique de pompage-turbinage de Tianhuangping est prise comme exemple. Le réservoir supérieur est situé dans la dépression source du canal d'amenée sur la rive gauche de la rivière Daxi. Il est entouré par le barrage principal, quatre barrages auxiliaires, des prises et des prises d'eau, ainsi que par les montagnes environnantes. Le barrage principal est implanté dans la dépression à l'extrémité sud du réservoir, tandis que les barrages auxiliaires sont disposés aux quatre points d'entrée, à l'est, au nord, à l'ouest et au sud-ouest. Le niveau de stockage est moyen, avec une capacité totale de 9,12 millions de m³.
4. Conditions de la source d'eau
Les centrales de pompage-turbinage diffèrent des centrales hydroélectriques classiques : un volume d'eau claire est transféré alternativement entre un réservoir supérieur et un réservoir inférieur. Lors du pompage, l'eau est déversée du réservoir inférieur vers le réservoir supérieur, et lors de la production d'électricité, l'eau est abaissée du réservoir supérieur vers le réservoir inférieur. Le principal défi pour l'approvisionnement en eau d'une centrale de pompage-turbinage est donc de constituer un stock initial suffisant, c'est-à-dire de remplir d'abord le réservoir, puis de compenser les pertes dues à l'évaporation et aux fuites lors du fonctionnement quotidien. La capacité de stockage d'une centrale de pompage-turbinage est généralement de l'ordre de 10 millions de m³, et les exigences en matière de volume d'eau sont relativement faibles. Dans les régions à fortes précipitations et à réseau hydrographique dense, les conditions d'approvisionnement en eau ne constituent pas un obstacle à la construction de ces centrales. En revanche, dans les régions relativement arides, comme le nord-ouest du pays, la qualité de l'eau devient une contrainte majeure. Certains endroits présentent les conditions topographiques et géologiques nécessaires à la construction d'une station de pompage-turbinage, mais il peut n'y avoir aucune source d'eau pour le stockage de l'eau sur des dizaines de kilomètres.
3. Conditions extérieures
L'essence des enjeux liés à l'immigration et à l'environnement réside dans la gestion de la question de l'occupation des ressources publiques et de l'indemnisation. Il s'agit d'un processus avantageux pour tous et pour de multiples parties prenantes.
1. Acquisition de terrains et réinstallation des populations pour la construction
L'acquisition de terrains pour la construction d'une centrale hydroélectrique à accumulation par pompage comprend les zones d'inondation des bassins amont et aval, ainsi que la zone de construction du projet. Bien que ces centrales comportent deux bassins, leur taille relativement réduite (certains utilisent des lacs naturels ou des réservoirs existants) limite souvent considérablement l'acquisition de terrains par rapport aux centrales hydroélectriques conventionnelles. En revanche, la plupart des bassins étant creusés, la zone de construction inclut fréquemment les zones d'inondation des bassins, ce qui explique que la part de cette zone dans l'acquisition de terrains soit bien plus importante que pour une centrale hydroélectrique conventionnelle.
La zone inondée du réservoir comprend principalement la zone inondée en dessous du niveau normal du réservoir, ainsi que la zone de remous et la zone affectée par les crues.
La zone de construction du projet hydroélectrique comprend principalement les bâtiments du projet et la zone de gestion permanente. La zone de construction du projet central est divisée en zones temporaires et permanentes selon la destination de chaque parcelle. Les terrains temporaires peuvent être réaffectés à leur usage initial après utilisation.
Le périmètre des acquisitions foncières pour la construction a été défini, et la principale étape de suivi consiste à réaliser une étude des caractéristiques physiques de ces acquisitions, afin de bien connaître le territoire et ses caractéristiques. Il s'agit principalement d'examiner la quantité, la qualité, le régime de propriété et les autres attributs de la population, des terrains, des bâtiments, des ouvrages, des vestiges culturels et des sites historiques, des gisements minéraux, etc., situés dans le périmètre des acquisitions foncières pour la construction.
Pour la prise de décision, la principale préoccupation est de savoir si l'acquisition de terrains pour la construction implique des facteurs sensibles majeurs, tels que l'étendue et la quantité de terres agricoles de base permanentes, de forêts d'intérêt public de première classe, de villages et de villes importants, de vestiges culturels et de sites historiques majeurs, et de gisements minéraux.
2. Protection de l'environnement écologique
La construction des centrales de pompage-turbinage doit respecter le principe de « priorité écologique et de développement durable ».
Éviter les zones écologiquement sensibles est une condition essentielle à la faisabilité du projet. Ces zones englobent toutes les aires protégées, à tous les niveaux, définies par la loi, ainsi que les zones particulièrement sensibles à l'impact environnemental du projet de construction. Lors du choix des sites, il convient d'identifier et d'éviter en priorité les zones écologiquement sensibles, notamment les lignes rouges de protection écologique, les parcs nationaux, les réserves naturelles, les sites pittoresques, les sites du patrimoine mondial (naturel et culturel), les zones de protection des sources d'eau potable, les parcs forestiers, les parcs géologiques, les parcs de zones humides et les zones de protection des ressources génétiques aquatiques. Il est également nécessaire d'analyser la conformité et la coordination entre le site et les plans d'aménagement pertinents, tels que l'aménagement du territoire, la construction urbaine et rurale, et le principe de cohérence entre les différentes composantes de l'aménagement du territoire.
Les mesures de protection de l'environnement sont essentielles pour réduire l'impact environnemental. Si le projet n'affecte pas de zones écologiquement sensibles, il est globalement réalisable du point de vue de la protection de l'environnement. Cependant, sa construction aura inévitablement un impact sur l'eau, le gaz, le bruit et l'environnement. Il est donc nécessaire de prendre des mesures ciblées pour éliminer ou atténuer les effets néfastes, comme le traitement des eaux usées de production et des eaux usées domestiques, ainsi que le rejet des effluents.
L'aménagement paysager est essentiel au développement de qualité des centrales de pompage-stockage. Ces centrales sont généralement situées dans des zones montagneuses et vallonnées bénéficiant d'un environnement écologique favorable. Une fois le projet achevé, deux réservoirs seront créés. Après restauration écologique et aménagement paysager, ils pourront être intégrés à des sites pittoresques ou des attractions touristiques, assurant ainsi un développement harmonieux entre la centrale et son environnement. L'objectif est de mettre en œuvre le concept « l'eau et la nature sont indissociables ». À titre d'exemple, la centrale de pompage-stockage de Changlongshan, dans le Zhejiang, est intégrée au cœur du site pittoresque provincial de Tianhuangping – Jiangnan Tianchi, et celle de Qujiang est située dans la zone de protection de troisième niveau du site pittoresque provincial de Lankeshan-Wuxijiang.
4. Conception technique
La conception technique d'une centrale de stockage d'énergie par pompage comprend principalement l'échelle du projet, les structures hydrauliques, la conception de l'organisation de la construction, les structures électromécaniques et métalliques, etc.
1. Échelle du projet
Les caractéristiques techniques d'une centrale de pompage-turbinage comprennent principalement la capacité installée, le nombre d'heures de fonctionnement continu, le niveau d'eau caractéristique principal du réservoir et d'autres paramètres.
Le choix de la puissance installée et du nombre d'heures de fonctionnement continu d'une centrale de pompage-turbinage doit tenir compte à la fois des besoins et des possibilités. Les besoins correspondent à la demande du réseau électrique et peuvent également dépendre des contraintes de construction de la centrale. La méthode générale repose sur l'analyse du rôle fonctionnel des différentes centrales de pompage-turbinage dans les réseaux électriques et sur les exigences du réseau en matière de nombre d'heures de fonctionnement continu. Elle permet d'établir un plan de puissance installée et un nombre d'heures de fonctionnement continu adaptés, et de sélectionner la puissance installée et le nombre d'heures de fonctionnement continu les plus appropriés grâce à une simulation de production et à une analyse technico-économique approfondie.
En pratique, une méthode simple pour planifier initialement la capacité installée et les heures d'utilisation optimale consiste à déterminer d'abord la capacité de l'unité en fonction de la hauteur de chute, puis à déterminer la capacité installée totale et les heures d'utilisation optimale en fonction de l'énergie stockée naturellement dans la station de pompage-turbinage. Actuellement, pour une hauteur de chute de 300 à 500 m, la conception et la fabrication des unités d'une puissance nominale de 300 000 kilowatts sont bien maîtrisées, les conditions de fonctionnement sont stables et l'expérience pratique est la plus riche (c'est pourquoi la plupart des centrales de pompage-turbinage en construction ont une puissance installée de 300 000 kilowatts, compte tenu des exigences d'une implantation décentralisée, et atteignent finalement 1,2 million de kilowatts). Une fois la capacité de l'unité initialement sélectionnée, le stockage naturel d'énergie de la station de pompage-turbinage est analysé en fonction des conditions topographiques et géologiques des réservoirs amont et aval, ainsi que des pertes de charge liées à la production d'électricité et aux conditions de pompage. Par exemple, une analyse préliminaire montre que si la chute moyenne du niveau d'eau entre les réservoirs supérieur et inférieur d'une centrale de pompage-turbinage est d'environ 450 m, une capacité unitaire de 300 000 kilowatts est appropriée. L'énergie stockée naturellement dans ces réservoirs étant d'environ 6,6 millions de kilowattheures, quatre unités peuvent être envisagées, soit une capacité installée totale de 1,2 million de kilowatts. En tenant compte des besoins du réseau électrique, et après quelques travaux d'agrandissement et de creusement du réservoir en fonction des conditions naturelles, la capacité totale de stockage d'énergie atteindra 7,2 millions de kilowattheures, ce qui correspond à une production d'électricité à pleine puissance continue de 6 heures.
Le niveau d'eau caractéristique d'un réservoir comprend principalement le niveau d'eau normal, le niveau de retenue et le niveau de crue. Généralement, ce niveau est déterminé en fonction du nombre d'heures de remplissage continu et de la capacité installée.
2. Ouvrages hydrauliques
Devant nous coule la rivière, derrière nous brillent les lumières. Voilà notre vie : lutter et aller de l’avant.
——Chant des bâtisseurs d'ouvrages hydrauliques
Les ouvrages hydrauliques d'une centrale de pompage-turbinage comprennent généralement un réservoir supérieur, un réservoir inférieur, un système d'adduction d'eau, une centrale souterraine et un poste de transformation. L'objectif principal de la conception des réservoirs supérieur et inférieur est d'obtenir une capacité de stockage importante au moindre coût. La plupart des réservoirs supérieurs sont construits par une combinaison d'excavation et de barrage, et la majorité d'entre eux sont des barrages en enrochement. En fonction des conditions géologiques, l'étanchéité des réservoirs d'une centrale de pompage-turbinage peut être assurée par des mesures d'étanchéité globales et par la mise en place d'un rideau d'étanchéité périphérique. Les matériaux utilisés pour ces mesures d'étanchéité peuvent être des dalles de parement en béton bitumineux, des géomembranes, des couches d'argile, etc.
Schéma de principe d'une centrale hydroélectrique à accumulation par pompage
Lorsqu'il est nécessaire d'adopter un système d'étanchéité global du bassin versant d'une centrale hydroélectrique à stockage par pompage, les dispositifs d'étanchéité du barrage et du bassin doivent être considérés comme un tout, afin de limiter au maximum les interventions conjointes entre les différents ouvrages et d'améliorer la fiabilité du système. Un remblayage important est requis pour l'étanchéité du fond du bassin. L'ouvrage d'étanchéité de fond doit être adapté aux déformations importantes ou irrégulières dues à ce remblayage.
La hauteur de chute d'eau de la centrale de pompage-turbinage est importante, et la pression supportée par la structure du canal est élevée. En fonction de cette hauteur de chute, des conditions géologiques de la roche environnante, des dimensions de la conduite bifurquée, etc., on peut envisager un revêtement en acier, en béton armé ou d'autres méthodes.
De plus, afin de garantir la sécurité de la centrale électrique face aux inondations, la centrale de pompage-turbinage doit également prévoir des structures d'évacuation des crues, etc., qui ne seront pas détaillées ici.
3. Conception de l'organisation de la construction
Les principales tâches de la conception de l'organisation de la construction de la centrale électrique à stockage par pompage comprennent : l'étude des conditions de construction du projet, le détournement des travaux, la planification des sources de matériaux, la construction du projet principal, le transport des matériaux, les installations de l'usine de construction, l'aménagement général du chantier, le calendrier général de construction (période de construction), etc.
Lors de la conception, il convient de tirer pleinement parti des conditions topographiques et géologiques du site de la station, de combiner les conditions de construction et le plan de conception technique, et, selon le principe d'une utilisation intensive et économique des terres, d'établir initialement le plan de construction technique, le bilan des travaux de terrassement et le plan d'aménagement général de la construction, afin de minimiser l'occupation des terres arables et de réduire le coût du projet.
En tant que grande nation du BTP, la Chine jouit d'une renommée mondiale pour la gestion et la qualité de ses constructions. Ces dernières années, le secteur du pompage-turbinage en Chine a réalisé d'importantes avancées en matière de construction écologique, de recherche et développement et d'application d'équipements clés, ainsi que de construction intelligente. Certaines technologies de construction ont atteint, voire dépassé, le niveau international. Cela se traduit principalement par une maîtrise croissante des techniques de construction de barrages, les progrès récents des techniques de construction de conduites bifurquées à haute pression, le succès des nombreuses réalisations en matière d'excavation et de soutènement de groupes de cavernes pour centrales hydroélectriques souterraines dans des conditions géologiques complexes, l'innovation constante des techniques et des équipements de construction de puits inclinés, les remarquables performances de la construction mécanisée et intelligente, et les avancées majeures des tunneliers dans la construction de tunnels.
4. Structure électromécanique et métallique
Les groupes de stockage réversibles à un étage et à flux mixte, à axe vertical, sont généralement utilisés dans les centrales de pompage-turbinage. En matière de développement hydraulique des groupes motopompes-turbines, la Chine possède les capacités de conception et de fabrication de groupes motopompes-turbines d'une hauteur de chute de 700 m et d'une puissance unitaire de 400 000 kilowatts, ainsi que la capacité de conception, de fabrication, d'installation, de mise en service et de production de nombreux groupes de stockage d'une hauteur de chute de 100 à 700 m et d'une puissance unitaire inférieure ou égale à 400 000 kilowatts. Concernant la hauteur de chute des centrales, les hauteurs nominales des centrales de pompage-turbinage de Jilin Dunhua, Guangdong Yangjiang et Zhejiang Changlongshan, actuellement en construction, dépassent toutes 650 m, ce qui les place parmi les meilleures au monde. La hauteur de chute nominale approuvée de la centrale de pompage-turbinage de Zhejiang Tiantai est de 724 m, la plus élevée au monde pour une centrale de ce type. La complexité globale de conception et de fabrication de ces groupes est parmi les plus élevées au monde. Dans le domaine des moteurs de générateurs, les grands moteurs de générateurs des centrales hydroélectriques à accumulation par pompage construites ou en construction en Chine sont des moteurs synchrones réversibles triphasés à arbre vertical, refroidis par air. La centrale hydroélectrique à accumulation par pompage de Changlongshan, dans le Zhejiang, compte deux unités d'une vitesse nominale de 600 tr/min et d'une puissance nominale de 350 000 kW. Certaines unités de la centrale hydroélectrique à accumulation par pompage de Yangjiang, dans le Guangdong, sont en service, avec une vitesse nominale de 500 tr/min et une puissance nominale de 400 000 kW. La capacité de production globale de moteurs de générateurs atteint un niveau de pointe mondial. Par ailleurs, les structures électromécaniques et métalliques, incluant les machines hydrauliques, le génie électrique, le contrôle et la protection, ainsi que d'autres aspects, ne seront pas détaillées ici.
La fabrication d'équipements pour les centrales hydroélectriques à stockage par pompage en Chine se développe rapidement dans le sens d'une hauteur de chute élevée, d'une grande capacité, d'une fiabilité élevée, d'une large gamme, d'une vitesse variable et d'une localisation.
5. Indicateurs économiques
Après la définition du schéma de conception d'un projet de centrale de pompage-turbinage, les conditions de construction et l'impact externe se traduisent principalement par un indicateur : l'investissement statique par kilowatt. Plus cet investissement est faible, plus la rentabilité du projet est élevée.
Les différences individuelles dans les conditions de construction des centrales de pompage-turbinage sont manifestes. L'investissement statique par kilowatt est étroitement lié aux conditions de construction et à la capacité installée du projet. En 2021, la Chine a approuvé 11 centrales de pompage-turbinage, pour un investissement statique moyen de 5 367 yuans par kilowatt ; 14 projets ont achevé leur étude de préfaisabilité, avec un investissement statique moyen de 5 425 yuans par kilowatt.
D'après les statistiques préliminaires, l'investissement statique par kilowatt des grands projets de stockage par pompage en phase de travaux préliminaires en 2022 se situe généralement entre 5 000 et 7 000 yuans/kilowatt. En raison des différences de conditions géologiques régionales, le niveau moyen d'investissement statique par kilowatt varie considérablement d'une région à l'autre. De manière générale, les conditions de construction des centrales du sud, de l'est et du centre de la Chine sont relativement favorables, et l'investissement statique par kilowatt y est relativement faible. En revanche, en raison de conditions géologiques et de ressources en eau défavorables, le coût unitaire dans le nord-ouest du pays est relativement élevé par rapport aux autres régions chinoises.
Pour les décisions d'investissement, il convient de se concentrer sur l'investissement statique par kilowatt du projet. Toutefois, il ne faut pas se focaliser uniquement sur cet investissement statique, car cela pourrait inciter les entreprises à une expansion irréfléchie. Cela se manifeste principalement dans les aspects suivants :
Premièrement, il convient d'augmenter la capacité installée initialement prévue lors de la phase de planification. Une approche dialectique s'impose. Prenons l'exemple d'un projet dont la capacité installée prévue au début de la phase de planification est de 1,2 million de kilowatts, et qui se compose de quatre unités de 300 000 kilowatts. Si la hauteur de chute est suffisante et si les progrès technologiques permettent d'utiliser des machines de 350 000 kW, alors, après une analyse technico-économique approfondie, une capacité de 1,4 million de kW peut être recommandée comme solution représentative lors de l'étude de préfaisabilité. Toutefois, si l'on envisage de passer de 4 à 6 unités de 300 000 kW, soit une augmentation de la capacité installée de la centrale de 1,2 à 1,8 million de kW, on considère généralement que cette modification en change l'orientation fonctionnelle. Il convient alors d'examiner plus en détail la conformité au plan, les besoins du réseau électrique, les conditions de construction et d'autres facteurs. De manière générale, l'augmentation du nombre d'unités devrait s'inscrire dans le cadre des ajustements prévus au plan.
La seconde option consiste à réduire la durée d'utilisation à pleine capacité. Si l'on compare l'énergie d'une centrale de pompage-turbinage à une batterie de batteries, la puissance installée correspond à la puissance de sortie et la durée d'utilisation à pleine capacité représente la durée d'utilisation de la batterie. Pour les centrales de pompage-turbinage, à énergie stockée égale, la durée d'utilisation à pleine capacité et la puissance installée peuvent être comparées de manière exhaustive. Actuellement, pour répondre aux besoins du réseau électrique, la durée d'utilisation à pleine capacité d'une centrale de pompage-turbinage est fixée à 6 heures par jour. Si les conditions de construction de la centrale sont favorables, il est possible d'augmenter la durée d'utilisation à pleine capacité de l'unité à moindre coût. À investissement statique par kilowatt égal, une centrale avec une durée d'utilisation à pleine capacité plus élevée contribue davantage au réseau. Cependant, l'idée d'augmenter significativement la puissance installée (de 1,2 million de kW à 1,8 million de kW) et de réduire la durée d'utilisation à pleine capacité (de 6 h à 4 h) a été évoquée. De cette manière, bien que l'investissement statique par kilowatt puisse être considérablement réduit, le temps d'utilisation court du système ne permet pas de répondre à la demande, et son rôle dans le réseau électrique s'en trouvera également fortement réduit.
Date de publication : 8 mars 2023
