Quelques clefs pour l optimisation de votre projet de petite hydraulique (ou comment limiter les risques)

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1 Quelques clefs pour l optimisation de votre projet de petite hydraulique (ou comment limiter les risques) Atelier technologies et services Mhylab 6ème Rencontre France Hydro Electricité 9-10 avril Grenoble 1/21

2 Réhabilitation? Nouveau site? En rivière? Intégré à un réseau d eau? En pied de barrage? Votre site Réhabilitation, centrale du Garbet, Oust (France), turbine axiale, de type Kaplan 3.2 m 3 /s,16 m, 400 kw Electricité du Garbet, Mhylab, Sarl Desgranges 2/21

3 Niveau d eau amont Niveau d eau aval Dénivellation 1 ère étape: caractéristiques Caractéristiques des infrastructures (canaux + conduite) Pertes de charge Courbe des débits classés Débit d équipement Calcul de la production électrique 3/21

4 Etude de variantes: Débit d équipement, Diamètre de conduite forcée Type de turbines Vitesse variable /fixe Calcul de production électrique Calcul du prix de revient Etude d implantation au site Etudes de projet Choix de la variante: production max. à un moindre coût Des prestations d ingénierie pour diminuer le prix de revient 4/21

5 Turbines développées par Mhylab Diagonale, laboratoire Mhylab 5/21

6 Dimensionnement de la turbine: de la R&D au prototype Site [réhabilitation, potentiel hydroélectrique, réseau] Collecte des données / étude Caractéristiques / données R&D conception/développements Modèle réduit essais/mesures/ développements/caractérisations Collines [rendement/cavitation] Transposition modèle réduit prototype Dimensionnement - optimisation Conception mécanique / fabrication [constructeur] Garanties de fonctionnement [rendements cavitation - mécanique] Performance - Fiabilité Durée de vie Maintenance réduite 6/21

7 Développements basés sur les essais en laboratoire Conception initiale: théorique, numérique (CFD), adaptation / simplification de solutions existantes aux spécificités de la petite hydraulique, Evaluation des performances sur modèle réduit Développements itératifs Analyse expérimentale & numérique du comportement hydraulique Optimisations Evaluation des performances du modèle réduit Caractérisation complète en laboratoire outils de dimensionnement 7/21

8 Collines: la pierre angulaire du dimensionnement Chiffre de débit Chiffre d énergie (de chute) Point de rendement maximal:,, Q: débit ΔZ: dénivellation H: chute nette H r : perte de charge R e : rayon externe de roue N: vitesse de rotation s, g: constantes 8/21

9 Collines & dimensionnement: principes Données d entrée: Q et/ou H classés Point de dimensionnement: N, Re, Q N, H N zone de dimensionnement (, ) pales & N fixes pales fixes - N variable N fixe pales variables Q variable, H fixe, H r = 0 N fixe pales variables Q variable, ΔZ fixe, H r > 0 N fixe pales variables Q fixe, H variable Pales & N variables 9/21

10 Critères de dimensionnement Couvrir la gamme effective de débits et/ou de chutes Privilégier des vitesses de rotation standards de l ordre de 750 à 1500 tr/min limiter les coûts et la taille de la turbine Garantir l absence d érosion par cavitation fiabilité/performances/durée de vie Optimiser le rendement: meilleurs rendements pour les débits/chutes les plus fréquents maximiser la production Privilégier les configurations simples: vitesse, pales fixes limitation des coûts & maintenance Dimensionnement = recherche compromis optimal technique + économique Propre à chaque site à partir des outils de dimensionnement issus des essais en laboratoire (systématisation) 10/21

11 Implantation & cavitation Condition de cavitation en fonction de l implantation de la roue (Z r ) par rapport au niveau aval (Z 2 ): σ = coefficient de cavitation représentatif des conditions de cavitation [la cavitation lorsque σ ] σ admissible : valeur minimale en-dessous de laquelle la cavitation n est plus admissible (érosion, instabilités ) déterminé par essais sur modèle réduit données par la colline de cavitation impact potentiel sur le génie civil (excavation coût) contrainte de dimensionnement σ admissible 11/21

12 Illustrations concrètes de l importance du dimensionnement et des collines Point de dimensionnement: = 0.5 ; = 1.0 Augmenter N de 600 à 750 tr/min Diminuer De de 1500 à 1300 mm en conservant le De: en conservant N: Perte de rendement Cavitation critique Perte de rendement Dégradation de la cavitation 12/21

13 Exemple: Dotation en pied de barrage Q fixe: 500 l/s H variable: m 3 variantes Diagonale: Vitesse fixe pales réglables Vitesse variable pales réglables Vitesse variable pale fixe + 1 variante Kaplan (Axiale) 13/21

14 Rendement 14/21

15 Sites de moins de 30 kw Critère économique prépondérant Solutions simplifiées et/ou standardisées Roue à eau Vis d Archimède Kaplan standardisée Cross-flow Pompe inversée Pompe inversée sur l eau potable de Morges (Suisse), m 3 /s (fixe), 43 m, 23 kw, 2011, Romande Energie, Häny AG 15/21

16 Cahier des charges appel d offres Spécificités techniques Contrôles qualité à effectuer Rendements minimaux exigés pour la turbine et l alternateur Documentation à remettre Clauses de paiement Base du contrat pour l exploitant, Base pour la comparaison des offres Turbine Pelton à contre-pression sur l eau potable de Morges (Suisse), m 3 /s, 104 m, 70 kw Romande Energie, Mhylab, Blue Water Power AG 16/21

17 Appel d offres, puis mise en service Analyse des offres des fournisseurs de turbogroupe Détermination du fournisseur le plus adapté Adjudication Suivi de fabrication Respect du cahier des charges Réception sur site et mise en service Turbine siphon, de type Kaplan, réhabilitation, Vallorbe (Suisse), 2.5 m 3 /s, 2.1 m, 40 kw par groupe, UMV, Mhylab 17/21

18 Mhylab: centre de compétences en petite hydro-électricité 18/21

19 Activités principales Centre InfoEnergie pour la Suisse romande 19/21

20 R&D Réalisations 20/21

21 mhylab Ch. du Bois Jolens Montcherand Suisse info@mhylab.com Pour en savoir plus 21/21

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