L'énergie hydroélectrique, source d'énergie renouvelable, non polluante et propre, est depuis longtemps prisée. Aujourd'hui, les centrales hydroélectriques de grande et moyenne taille sont largement utilisées et constituent une technologie d'énergie renouvelable relativement mature à travers le monde. Par exemple, la centrale des Trois Gorges en Chine est la plus grande centrale hydroélectrique du monde. Cependant, ces centrales ont de nombreux impacts négatifs sur l'environnement : les barrages entravent le cours naturel des rivières, bloquent l'évacuation des sédiments et modifient les écosystèmes. Leur construction nécessite également d'importantes submersions de terres, entraînant un exode rural massif.
En tant que nouvelle source d'énergie, la petite hydroélectricité a un impact environnemental bien moindre et, de ce fait, est de plus en plus appréciée. Les petites centrales hydroélectriques, tout comme les grandes et moyennes centrales, sont des centrales hydroélectriques. L'expression « petite hydroélectricité » désigne généralement les centrales hydroélectriques de très faible puissance installée, laquelle varie selon les spécificités de chaque pays.
En Chine, le terme « petite hydroélectricité » désigne les centrales hydroélectriques et les réseaux électriques locaux qui les soutiennent, d'une puissance installée de 25 MW ou moins, financées et exploitées par des entités locales, collectives ou individuelles. La petite hydroélectricité fait partie des énergies propres et décarbonées, ne souffrant pas du problème de l'épuisement des ressources et ne polluant pas l'environnement. Elle constitue un élément indispensable à la mise en œuvre de la stratégie de développement durable de la Chine.
Le développement des énergies renouvelables, telles que la petite hydroélectricité, en fonction des conditions locales et la transformation des ressources hydroélectriques en électricité de haute qualité ont joué un rôle important pour assurer le développement économique et social national, améliorer la qualité de vie de la population, résoudre le problème de la consommation d'électricité dans les zones non électrifiées et en pénurie d'énergie, promouvoir la gouvernance des cours d'eau, l'amélioration écologique, la protection de l'environnement et le développement socio-économique local.
La Chine dispose d'abondantes ressources en petite hydroélectricité, avec une réserve théorique estimée à 150 millions de kW et un potentiel de production de plus de 70 000 MW. Le développement dynamique de la petite hydroélectricité est un choix incontournable pour améliorer le mix énergétique, dans un contexte de réduction des émissions de carbone, de protection de l'environnement, d'économie d'énergie et de développement durable. Conformément au plan du ministère des Ressources en eau, la Chine prévoit de construire, d'ici 2020, 10 provinces dédiées à la petite hydroélectricité d'une capacité installée de plus de 5 millions de kW, 100 grands complexes hydroélectriques d'une capacité installée de plus de 200 000 kW et 300 districts hydroélectriques d'une capacité installée de plus de 100 000 kW. D'ici 2023, toujours selon le plan du ministère des Ressources en eau, la production de petite hydroélectricité devrait non seulement atteindre l'objectif de 2020, mais également connaître un développement plus important.
Une centrale hydroélectrique est un système de production d'électricité qui convertit l'énergie de l'eau en électricité grâce à une turbine hydraulique. Le groupe turboalternateur est l'élément central de la conversion d'énergie dans les petites centrales hydroélectriques. Le processus de conversion d'énergie d'un groupe turboalternateur se divise en deux étapes.
La première étape convertit l'énergie potentielle de l'eau en énergie mécanique de la turbine. L'énergie potentielle de l'eau varie selon l'altitude et le relief. Lorsque l'eau provenant d'une position plus élevée frappe la turbine située plus bas, l'énergie potentielle générée par la variation du niveau d'eau est convertie en énergie mécanique de la turbine.
Dans un second temps, l'énergie mécanique de la turbine hydraulique est d'abord convertie en énergie électrique, puis transmise aux équipements électriques via les lignes de transport du réseau électrique. Sous l'effet du courant, la turbine hydraulique entraîne la rotation du générateur coaxial. La rotation du rotor du générateur induit la rotation du champ magnétique d'excitation, et l'enroulement statorique du générateur coupe les lignes de ce champ magnétique pour générer une force électromotrice induite. Cette force produit de l'énergie électrique et génère un couple de freinage électromagnétique s'exerçant dans le sens inverse de la rotation du rotor. Le courant d'eau agit continuellement sur la turbine hydraulique, et le couple de rotation ainsi généré compense le couple de freinage électromagnétique induit dans le rotor du générateur. Lorsque l'équilibre est atteint, la turbine hydraulique fonctionne à vitesse constante, produisant de l'électricité de manière stable et achevant la conversion d'énergie.
Un groupe hydroélectrique est un dispositif de conversion d'énergie important qui transforme l'énergie potentielle de l'eau en énergie électrique. Il se compose généralement d'une turbine hydraulique, d'un générateur, d'un variateur de vitesse, d'un système d'excitation, d'un système de refroidissement et d'un système de contrôle de la centrale. Voici une brève présentation des types et des fonctions des principaux équipements d'un groupe hydroélectrique typique :
1) Turbine hydraulique. Il existe deux types de turbines hydrauliques couramment utilisés : à impulsion et réactives.
2) Générateur. La plupart des générateurs utilisent des générateurs synchrones à excitation électrique.
3) Système d'excitation. Étant donné que les générateurs sont généralement des générateurs synchrones à excitation électrique, il est nécessaire de contrôler le système d'excitation CC pour assurer la régulation de la tension, de la puissance active et réactive de l'énergie électrique, afin d'améliorer la qualité de l'énergie électrique produite.
4) Dispositif de régulation et de contrôle de la vitesse (comprenant un régulateur de vitesse et un dispositif de pression d'huile). Le régulateur sert à ajuster la vitesse de la turbine hydraulique afin que la fréquence de l'énergie électrique produite réponde aux exigences du réseau électrique.
5) Système de refroidissement. Les petits générateurs hydroélectriques utilisent principalement le refroidissement par air, grâce à un système de ventilation qui aide à dissiper la chaleur et à refroidir la surface du stator, du rotor et du noyau de fer du générateur.
6) Dispositif de freinage. Les générateurs hydrauliques dont la puissance nominale dépasse une certaine valeur sont équipés de dispositifs de freinage.
7) Équipements de contrôle des centrales électriques. La plupart des équipements de contrôle des centrales électriques adoptent une commande numérique par ordinateur pour réaliser des fonctions telles que le raccordement au réseau, la régulation de fréquence, la régulation de tension, la régulation du facteur de puissance, la protection et la communication de la production d'énergie hydroélectrique.
Les petites centrales hydroélectriques peuvent être classées en trois catégories selon le mode de concentration de la chute : à dérivation, à barrage et hybride. La plupart des petites centrales hydroélectriques en Chine sont des centrales à dérivation, relativement économiques.
Les caractéristiques de la production d'énergie hydroélectrique à petite échelle sont la taille réduite des centrales, la simplicité de l'ingénierie, la facilité d'approvisionnement en équipements et une autoconsommation quasi totale, sans transport d'électricité vers des localités éloignées. Le réseau électrique des petites centrales hydroélectriques présente une faible capacité, tout comme leur puissance de production. Le rejet de l'énergie hydroélectrique à petite échelle est fortement localisé et massif.
En tant que source d'énergie propre, la petite hydroélectricité a contribué à la construction de villages à énergie nouvelle socialiste en Chine. Nous sommes convaincus que l'association de la petite hydroélectricité et des technologies de stockage d'énergie rendra son développement encore plus prometteur à l'avenir !
Date de publication : 11 décembre 2023
