Les centrales hydrauliques
Une centrale hydraulique a pour fonction de produire de l'électricité grâce à l'énergie hydraulique. On peut donc parler de centrale hydroélectrique .
L'hydroélectricité est la 1re énergie renouvelable en France et dans le monde. La majorité des centrales sont automatisées et peuvent répondre aux pics de consommation rapidement. Les centrales hydroélectriques n'émettent pas de gaz à effet de serre. En France, elles représentent 75% de l'électricité verte. Il existe plusieurs types d'aménagements selon la hauteur de la chute et du débit de l'eau : de haute chute, de moyenne chute, et au fil de l'eau.
Dans le cadre d'un aménagement de haute chute et de moyenne chute , un barrage est mis en place.
Mais avant tout : Comment fonctionne une centrale hydroélectrique ?
I. Le fonctionnement d'une centrale à moyenne et haute chute
1. Tout d'abord, le barrage retient l'écoulement naturel de l'eau: des quantités d'eau s'accumulent et forment un lac de retenue plus ou moins grands.
2. Une fois l'eau stockée et en fonction des besoins, des vannes sont ouvertes pour que l'eau aille dans des tuyaux : les conduites forcées.
Ces tuyaux conduisent l'eau vers la centrale hydraulique située en contrebas.
3. À la sortie de la conduite, la force de l'eau fait tourner une turbine qui fait tourner un alternateur qui alors produit de l'électricité en courant alternatif.
4. Un transformateur élève la tension de ce courant à 225 000 ou 400 000 volts pour qu'il soit transporté plus facilement dans les lignes à très haute tension. L'eau turbinée, qui a perdu de sa puissance, rejoint le lit naturel de la rivière par un canal spécial, appelé canal de fuite.
L'électricité produite par le barrage hydroélectrique dépend :
- du type de la turbine : Pelton ( pour haute chute) ou Francis (moyenne chute)
- du débit de l'eau
- et surtout, de la hauteur de chute entre le lac (barrage) et la centrale hydraulique où l'eau devient énergie mécanique.
En effet , l'eau, comme dit dans l'introduction , est une énergie hydraulique . Les barrages utilisent plusieurs formes d'énergie de l'eau :
mécanique , potentielle et cinétique pour pouvoir produire de l'électricité.
Lorsque l'eau entre dans les conduites forcées, elle est chargée d'une énergie mécanique qui reste constante (loi de conservation d'énergie) définie par :
EM =EP+EC (en J)
EP → énergie potentielle de l'eau ( en J) dans le lac de retenue ayant comme formule : EP=m*g*h
m → masse de l'eau (kg)
g → gravité (N/kg)
h → hauteur de l'eau par rapport au niveau de la mer (en m)
EC → énergie cinétique de l'eau (en J) ayant comme formule : EC=1/2*m*v2
m → masse de l'eau (kg)
v → vitesse de l'eau (m/s)
Dans les conduites forcées, l'énergie potentielle va donc de moins en moins s'exercer car la hauteur de l'eau diminue au fur et à mesure de la descente. Face à cela, l'énergie cinétique va compenser cette perte par l'augmentation de la vitesse de l'eau, l'énergie de l'eau va donc être conservée. Ainsi lorsque l'eau atteint la centrale hydraulique , l'énergie potentielle de l'eau est quasi nulle et l'énergie mécanique est transformée en énergie cinétique qui est transmise à la turbine.
II. Le fonctionnement d'une centrale à basse chute
Les centrales hydrauliques sont dites de basse chute lorsqu'elles sont situés sur deux grands fleuves à faible pente et à très fort débit dans ce cas l'électricité est produite en continu au fil de l'eau.
→ Un barrage dérive l'eau vers la centrale. Aussi pour ne pas interrompre le trafic fluvial, chaque centrale est dotée d'une écluse .
→ En déplaçant les vannes, on peut modifier le débit de l'eau qui est amenée sur la turbine de type Kaplan.
Celle ci est équipée de palmes mobile dont l'orientation permet de conserver un bon rendement.
→ Dans sa rotation la turbine entraîne l'alternateur qui lui produit l'électricité.
→ Enfin l'énergie produite par cette alternateur est évacué vers le réseau de transport d'électricité par l'intermédiaire d'un transformateur comme pour les centrales à moyenne et haute chute.
Contrairement aux centrales hydrauliques de haute et moyenne chute, seule l'énergie cinétique de l'eau est exercée.
Autre information
Rendement des types de turbine en fonction du débit relatif de l'eau
Légende:
a) Hélice
b)Turbine Francis
c) Turbine Kaplan
d) Turbine Pelton
Graphique d'après le site mecaflux.com
Résumé
Que doit-on retenir de ces informations de l'introduction pour votre projet ?
→ Une centrale hydroélectrique est une centrale permettant de produire de l'électricité au moyens de la force de l'eau (énergie hydraulique) grâce à son énergie potentielle et cinétique.
→ L'énergie hydraulique va donc faire tourner une turbine (Pelton, Francis, Kaplan) reliée à une alternateur produisant du courant alternatif .
