Dans les rivières naturelles, l'eau, chargée de sédiments, coule de l'amont vers l'aval et érode souvent le lit et les berges, révélant ainsi une certaine énergie potentielle. Dans des conditions naturelles, cette énergie est consommée par l'érosion, le déplacement des sédiments et la résistance au frottement. Si l'on construit des ouvrages et installe les équipements nécessaires pour créer un courant d'eau régulier à travers une turbine hydraulique, celle-ci, entraînée par le courant, tourne en continu, à la manière d'une éolienne, et l'énergie de l'eau est convertie en énergie mécanique. Lorsque la turbine actionne un générateur, celui-ci produit de l'électricité, convertissant ainsi l'énergie de l'eau en énergie électrique. C'est le principe de base de la production d'énergie hydroélectrique. Les turbines et les générateurs constituent les équipements essentiels à la production d'énergie hydroélectrique. Voici un bref aperçu des notions fondamentales de la production d'énergie hydroélectrique.
1. Énergie hydroélectrique et énergie du courant d'eau
Lors de la conception d'une centrale hydroélectrique, il est nécessaire de connaître sa capacité de production d'électricité afin de déterminer sa taille. Selon les principes fondamentaux de la production d'énergie hydroélectrique, cette capacité est déterminée par le travail que peut effectuer le courant. On appelle énergie hydraulique le travail total que l'eau peut fournir pendant une période donnée, et puissance du courant le travail effectué par unité de temps (seconde). De toute évidence, plus la puissance du courant est importante, plus la capacité de production de la centrale est élevée. Par conséquent, pour connaître la capacité de production d'une centrale, il faut d'abord calculer la puissance du courant. Dans une rivière, cette puissance peut être calculée en supposant que la chute d'eau dans une section donnée est H (en mètres) et que le volume d'eau correspondant à cette hauteur H traversant cette section par unité de temps (secondes) est Q (m³/s). La puissance du courant dans cette section est alors égale au produit du poids de l'eau et de la chute d'eau. De toute évidence, plus la goutte d'eau est haute, plus le débit est important et plus la puissance du débit d'eau est grande.
2. La production des centrales hydroélectriques
Sous une certaine hauteur de chute et un certain débit, l'électricité qu'une centrale hydroélectrique peut produire est appelée puissance hydroélectrique. Cette puissance dépend évidemment de la puissance du courant traversant la turbine. Lors de la conversion de l'énergie hydraulique en énergie électrique, l'eau doit vaincre la résistance du lit de la rivière ou des constructions sur son parcours de l'amont vers l'aval. Les turbines, les générateurs et les équipements de transmission doivent également surmonter de nombreuses résistances pendant leur fonctionnement. Pour vaincre ces résistances, un travail est nécessaire, et une partie de la puissance du courant est inévitablement consommée. Par conséquent, la puissance du courant utilisable pour produire de l'électricité est inférieure à la valeur obtenue par la formule, c'est-à-dire que la puissance de la centrale hydroélectrique doit être égale à la puissance du courant multipliée par un facteur inférieur ou égal à 1. Ce coefficient est également appelé rendement de la centrale hydroélectrique.
Le rendement d'une centrale hydroélectrique dépend des pertes d'énergie dues à la circulation de l'eau dans les bâtiments, la turbine, les équipements de transmission, le générateur, etc. Plus les pertes sont importantes, plus le rendement est faible. Dans une petite centrale, ces pertes représentent environ 25 à 40 % de la puissance du débit. Autrement dit, si le débit d'eau entrant dans la centrale peut produire 100 kilowatts d'électricité, le générateur ne pourra en produire que 60 à 75, soit un rendement de 60 à 75 %.
Il ressort de l'introduction précédente que, lorsque le débit et la différence de niveau d'eau d'une centrale sont constants, sa production d'énergie dépend de son rendement. L'expérience a démontré qu'outre les performances des turbines hydrauliques, des générateurs et des équipements de transmission, d'autres facteurs influent sur le rendement des centrales hydroélectriques, tels que la qualité de la construction et de l'installation des équipements, la qualité de l'exploitation et de la gestion, ainsi que la pertinence de la conception de la centrale. Bien entendu, certains de ces facteurs sont primaires et d'autres secondaires, et dans certaines conditions, les facteurs primaires et secondaires peuvent se transformer l'un en l'autre.
Cependant, quel que soit le facteur, le déterminant est que les êtres humains ne sont pas des objets, que les machines sont contrôlées par l'homme et que la technologie est régie par la pensée. Par conséquent, lors de la conception, de la construction et du choix des équipements des centrales hydroélectriques, il est essentiel de prendre pleinement en compte le rôle subjectif de l'être humain et de viser l'excellence technologique afin de minimiser autant que possible les pertes d'énergie dues au débit de l'eau. Ceci est particulièrement important pour les centrales hydroélectriques où la chute d'eau est relativement faible. Parallèlement, il est nécessaire de renforcer efficacement l'exploitation et la gestion des centrales hydroélectriques afin d'améliorer leur rendement, d'optimiser l'utilisation des ressources en eau et de permettre aux petites centrales hydroélectriques de jouer un rôle plus important.
Date de publication : 9 juin 2021
