CENTRALES HYDRAULIQUES

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1 CENTRALES HYDRAULIQUES FONCTIONNEMENT Les différentes centrales hydrauliques Les centrales hydrauliques utilisent la force de l eau en mouvement, autrement dit l énergie hydraulique des courants ou des chutes d eau (fleuves, rivières, lacs, mers), pour la transformer en énergie électrique. L hydroélectricité est une énergie renouvelable. Il existe 2 sortes de centrales hydrauliques : Les centrales au fil de l eau qui utilisent la force du courant : elles turbinent en continu l eau descendant des rivières. Les centrales à accumulation : l eau est stockée dans un lac retenu par un barrage. Lorsqu il y a un besoin en électricité, on ouvre les vannes. Grâce à une différence de hauteur, l eau s écoule et est conduite à travers à une turbine. Cette méthode permet d ajuster la production électrique à la demande des consommateurs. On peut y ajouter la STEP (Station de transfert d énergie par Pompage), qui n est pas une centrale hydraulique de production à proprement dit. La STEP est un des rares moyens de stocker l électricité en quantité importante. Comment ça marche L énergie cinétique du courant d eau (centrale au fil de l eau), ou l énergie potentielle de la chute d eau (barrage), est transformée par une turbine en énergie mécanique, elle-même transformée en énergie électrique par un alternateur. La STEP utilise l électricité en surplus produite par d autres centrales, pour remonter par pompage l eau d un bassin inférieur vers un bassin supérieur. L eau ainsi stockée en hauteur peut être redescendue pour faire tourner une turbine, et convertir l énergie potentielle gravitationnelle de l eau en électricité, au moment désiré. Toutefois, les STEP consomment un peu plus d électricité pour le pompage qu elles n en restituent en mode production. La perte d électricité lors de ce transfert est d environ 20 à 30%. 1/9

2 CENTRALES AU FIL DE L EAU PRODUCTION ENJEUX SOCIO-ECONOMIQUES PRODUCTION Puissance produite Les centrales au fil de l eau utilisent le débit du fleuve, et fournissent une électricité à faible coût. La puissance délivrée dépend du débit du fleuve. Leur capacité peut aller de moins de 1 mégawatt (mini centrales hydroélectriques) à plusieurs centaines de mégawatts. Contraintes géographiques Les centrales au fil de l eau sont installées principalement en plaine, sur les fleuves et rivières. Exploitation Peu modulables et difficiles à arrêter, les centrales au fil de l eau produisent de l électricité fatale, utilisée en base, offrant une production constante et fiable. Cependant, en cas de grande sécheresse, si le débit du fleuve est réduit, la production hydroélectrique peut être interrompue. Tension produite En France, la production au fil de l eau injecte sur le réseau une puissance de 3000 à 4000 MW en permanence. L hydroélectricité venant des petites centrales au fil de l eau est consommable localement, et peut alimenter des sites isolés en zone rurale. Proches des consommateurs, ces centrales contribuent à limiter les pertes sur le réseau, en évitant le transport sur de longues distances. Raccordement L hydraulique de faible puissance (inférieure à 12 MW) peut être injectée directement dans le réseau de distribution en moyenne tension (MT). Au-delà, elle peut être injectée dans le réseau de transport en haute ou très haute tension (HT - THT). 2/9

3 CENTRALE AU FIL DE L EAU Ressources La production au fil de l eau ne consomme ni eau ni combustibles fossiles, elle utilise une source d énergie primaire renouvelable et inépuisable (le courant). Pollution Les centrales au fil de l eau ne produisent ni émission de CO2, ni rejets polluants, ni déchets. Impacts sur la biodiversité Le franchissement des turbines des centrales hydroélectriques provoque une mortalité importante des populations de poissons migrateurs (saumons, truites de mer, anguilles). Des solutions techniques existent pour réduire cette mortalité, sans l annuler totalement (grilles fines empêchant l accès aux turbines, turbines «ichtyo-compatibles», à faible vitesse de rotation et formes de pâles particulières, arrêt du turbinage en période de pic de migration, dispositifs de capture-transport ). Solutions pour limiter les impacts Au niveau européen, la directive cadre sur l eau (DCE) impose un objectif de bon état écologique des cours d eau pour 2015, la richesse de la biodiversité étant l un des indicateurs de ce «bon état». Au niveau national, un plan de gestion pour l anguille a été lancé en Depuis trente ans, des recherches appliquées ont lieu, visant à offrir un large panel de solutions techniques pour limiter les impacts des ouvrages hydroélectriques. ENJEUX SOCIO-ÉCONOMIQUES Impacts socio-économiques L hydroélectricité au fil de l eau est une source d énergie sûre, propre (ni CO2, ni déchets, ni polluants), peu chère, proche des consommateurs, ce qui soutient le réseau de distribution, tout en limitant les pertes en ligne. Elle contribue au développement des énergies renouvelables. La construction et l exploitation de la centrale créent des emplois locaux et assurent des revenus aux petites communes. Perspective d avenir L objectif est actuellement de réaliser l optimum énergie-environnement : les meilleures technologies sont utilisées pour concilier efficacité au niveau de la production électrique, et reconquête de la qualité écologique des cours d eau. 3/9

4 CENTRALE DE BARRAGE PRODUCTION ENJEUX SOCIO-ECONOMIQUES PRODUCTION Puissance produite Les barrages créent une retenue d eau (appelée réservoir), qui retient l écoulement naturel de l eau. Une hauteur de chute est créée entre l eau accumulée et la turbine, placée dans la centrale, en contrebas. Via une conduite forcée, l eau est acheminée sur le couple turbine-alternateur, ce qui produit l hydroélectricité. La puissance de la centrale dépend de la hauteur de chute et du débit. Plus ceux-ci sont élevés, plus la puissance délivrée sera importante. Elle peut aller de quelques dizaines à plusieurs centaines de mégawatts. Contraintes géographiques Les barrages sont réalisés généralement en moyenne et haute montagne. Exploitation Modulables et capables de fournir rapidement de grandes quantités d électricité, les barrages sont utilisés en période de pointe, durant les heures de plus forte consommation (pics journaliers en période de grand froid, production de secours en cas de panne d une autre centrale). Les barrages sont un atout important pour ajuster la production à des variations importantes et rapides de la demande. Tension produite</h2> A partir de l énergie mécanique fournie par la turbine, l alternateur produit un courant alternatif. Raccordement La tension est élevée par un transformateur en sortie de centrale, pour rejoindre le réseau de transport en haute et très haute tension. Le barrage est précieux pour ajuster la production à la demande. 4/9

5 CENTRALE DE BARRAGE Ressources L hydroélectricité de barrage provient d une source d énergie primaire renouvelable et inépuisable, l énergie hydraulique des chutes d eau. Pollution Les centrales de barrage ne produisent ni émissions de CO2, ni rejets polluants, ni déchets. Impacts sur la biodiversité L impact environnemental d un barrage varie selon la taille et le type d ouvrage mis en place (exploitation de chute d eau naturelle, ou retenue créée artificiellement). Quand le barrage empêche la continuité écologique du cours d eau, il modifie son écosystème, en faisant obstacle au déplacement des espèces aquatiques et à celui des sédiments. Cette modification du milieu entraîne une altération importante de la qualité de l eau et de la biodiversité (flore et faune aquatique). On observe alors la régression, voire le risque de disparition de certaines espèces (anguilles, esturgeons, saumons sauvages), qui n ont plus accès aux zones de reproduction ou d alimentation. Dans les régions tropicales, ou lorsque une retenue d eau artificielle est réalisée en plaine, les barrages provoquent déforestation, inondation de terres agricoles, ou déplacement de population. Lorsque terres ou forêts sont inondées artificiellement, de la biomasse en grande quantité se décompose sous les flots, en émettant du CO2 et du méthane (gaz près de 10 fois plus réchauffant pour le climat que le CO2). Solutions pour limiter les impacts Au niveau européen, la Directive Cadre sur l Eau (DCE) impose un objectif de bon état écologique des cours d eau pour 2015, la richesse de la biodiversité en faisant partie. Au niveau national, un plan d action pour la restauration de la continuité écologique des cours d eau a été lancé en 2009, ainsi qu un plan de gestion pour l anguille. Depuis trente ans, des recherches appliquées ont lieu, visant à offrir un large panel de solutions techniques, adaptées à diverses situations, pour limiter les impacts des ouvrages hydroélectriques. 5/9

6 CENTRALE DE BARRAGE ENJEUX SOCIO-ÉCONOMIQUES Impacts socio-économiques </h2> L hydroélectricité de barrage, souple et facile à commander, est essentielle pour ajuster la production aux variations de la demande, et fournir une énergie propre et renouvelable. Elle contribue au développement économique local. Le barrage peut devenir un pôle d attraction touristique (loisirs nautiques, pêche). Son lac peut devenir un lieu d accueil pour les oiseaux migrateurs. Le barrage participe à la maîtrise des crues, il peut améliorer l irrigation des terres environnantes ou réguler la variation saisonnière du débit. Le régime d écoulement modifié peut être un avantage pour certains, tandis qu il représente un inconvénient pour d autres. Perspective d avenir Aujourd hui, la recherche en sciences environnementales, de plus en plus développée, fournit des outils aux hydroélectriciens pour mesurer l impact d un projet de barrage. Le cadre législatif impose également des réglementations strictes, imposant le respect de l environnement naturel et social. 6/9

7 STEP STOCKAGE ENJEUX SOCIO-ECONOMIQUES STOCKAGE Puissance restituable L électricité ne pouvant se stocker directement en tant que telle, la STEP convertit l électricité en surplus en énergie potentielle de l eau, en stockant l eau. En cas d appel de puissance, l énergie potentielle de l eau est à nouveau convertie en électricité. Les stations de transfert d énergie (STEP) sont indispensables dans le système électrique. Elles permettent de transférer l énergie produite en surplus aux heures de faible consommation, pour la restituer quand la demande augmente. Le rendement énergétique du cycle de stockage est de l ordre de 75%, c est-à-dire que pour 1 MWhe utilisé en heure creuse pour remonter de l eau dans le réservoir supérieur, 0,75 MWhe pourra être restitué lors du turbinage de cette eau. La puissance de la centrale dépend du volume de ses réservoirs (eau stockée pour quelques heures à quelques dizaines d heures de marche en continu), et de la hauteur du dénivelé : 1 m3 d eau à une altitude de 100 m a une énergie potentielle de 0,272 kwh. La puissance en turbinage peut aller de 300 à 3000 MW. Contraintes géographiques Les STEP nécessitent un dénivelé entre le bassin supérieur et le bassin inférieur de quelques dizaines à quelques centaines de mètres. Elles sont généralement construites en montagne, mais une falaise ou une colline peuvent faire l affaire. D importants volumes d eau sont nécessaires. Exploitation Modulables et capables de fournir rapidement de grandes quantités d électricité, les STEP sont utilisées pour ajuster la production aux variations importantes de la demande (jour/nuit, été/hiver, pics de consommation). Les STEP jouent aussi un rôle essentiel pour compenser les variations de production des énergies renouvelables intermittentes, ou pour compenser le manque de souplesse d autres énergies de base (nucléaire, hydraulique fil de l eau). Grâce aux STEP, il est possible d atteindre un mix électrique composé en grande partie d énergies renouvelables intermittentes. 7/9

8 LA STEP Tension produite A partir de l énergie mécanique fournie par la turbine, l alternateur produit un courant alternatif. Raccordement La tension est élevée par un transformateur en sortie de centrale, pour rejoindre le réseau de transport en haute et très haute tension. La STEP est précieuse pour ajuster la production à la demande et maintenir l équilibre du réseau. Ressources Si la STEP exploite pour son fonctionnement une énergie renouvelable (l énergie potentielle de l eau), l électricité stockée et restituée peut être d origine renouvelable ou non renouvelable. Cependant, les STEP permettent d intégrer davantage d énergies renouvelables fatales dans le parc de production, car elles compensent facilement les variations de ces productions intermittentes. Ainsi, si un parc éolien se met à produire en quantité alors que la demande est faible, l électricité produite peut être mise en réserve en attendant une demande plus importante. Pollution Les STEP ne produisent ni émission de CO2, ni rejets polluants, ni déchets. 8/9

9 LA STEP Impacts sur la biodiversité L impact environnemental d une STEP, comme pour le barrage, varie selon la taille et le type d ouvrage mis en place (exploitation de cours d eau naturel, ou retenues créées artificiellement). Il existe deux types de STEP : les STEP «pures», fonctionnant en circuit fermé, sans apport d eau extérieur, et les STEP «mixtes», qui utilisent le flux naturel d un cours d eau. Les deux bassins sont alors délimités par un barrage. Quand le barrage empêche la continuité écologique du cours d eau, la modification de l écosystème entraîne la régression, voire le risque de disparition d espèces aquatiques. Lorsque la retenue nécessite l inondation de terres agricoles, de forêts, les impacts environnementaux et sociaux sont importants. Solutions pour limiter les impacts Aux niveaux national et européen, dans une perspective de Développement Durable, le cadre législatif impose la limitation des impacts environnementaux et sociaux des ouvrages hydroélectriques. ENJEUX SOCIO-ÉCONOMIQUES Impacts socio-économiques </h2> La STEP est un atout important pour intégrer la production des énergies renouvelables intermittentes. Sans elle, l énergie fatale produite lorsque la demande est faible serait perdue. De plus, lors des pics de consommation, l électricité se vend à un prix élevé, car elle provient généralement des centrales facilement modulables, qui utilisent les combustibles fossiles : la STEP permet de fournir une énergie moins chère et moins polluante lors des pics. Perspective d avenir A l avenir, le développement des STEP nécessitera un impact environnemental faible. Le développement des STEP marines, couplées à des unités de production utilisant les énergies marines, est une solution d avenir, recommandée par l AIE. Une STEP marine nécessite un dénivelé d environ cent mètres, grâce à une falaise en bord de mer. En France, la Normandie, la Bretagne et la côte méditerranéenne offrent des sites propices aux STEP marines. 9/9

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