Turbinage des eaux potables TURBEAU 14 janvier 2011 Le concept TURBEAU Jean-Louis Boillat Laboratoire de Constructions Hydrauliques (LCH) Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) jean-louis.boillat@epfl.ch
Contenu Introduction Méthodologie Module hydraulique Module énergétique Module financier Module économique Logiciel Eléments Modélisation Simulation Conclusions
Introduction Motivation et objectifs Les premiers indices d un changement climatique global sont déjà perceptibles et la consommation croissante d énergie va entraîner, d ici quelques décennies déjà, des changements climatiques irréversibles qui pourraient occasionner de considérables coûts sociaux, écologiques et économiques [1] [1] Bürer M. & Cremer C. 2006. A contribution to the identification of promising technology for the 2050 swiss energy R&D policy vision. UVEK Bundesamt für Energie BFE, Centre for Energy Policy and Economics, ETH Zürich.
Introduction Mesures d incitation Dans le cadre de la LApEl et de l OApEl, une nouvelle rétribution de l électricité issue entre autres de l énergie hydraulique est proposée. Cette action incite à la valorisation des centrales de turbinage des eaux potables et conduit à une augmentation du nombre de projets économiquement réalisables. Le turbinage de l eau potable offre l avantage de profiter d infrastructures existantes et contribue à accélérer la rénovation et le renouvellement des réseaux d adduction.
Introduction Motivation et objectifs de TURBEAU Définir une approche simple et rapide pour évaluer, avec un minimum de données, le potentiel économique de turbinage d un réseau d adduction d eau potable. Inventorier les sites potentiels de turbinage et les variantes d aménagement possibles. Disposer d un outil informatique permettant l évaluation du projet et facilitant l aide à la décision.
Introduction Trois niveaux d approche possibles Inventaire à grande échelle pour une évaluation globale DIANE 10, 1991 Évaluation à l échelle communale par des méthodes simplifiées Joëlle Rast, 2005; Norbert Tissot, 2004; ADUR, estimation empirique pour 50 < P < 10 000 KW Évaluation énergétique et économique des réseaux existants M. Rüetschi, 2006, P. Zarian, 2007, TURBEAU, 2010
Introduction Approche simplifiée (Joëlle Rast, 2005) Echelle communale, données cartographiques Canton du Valais Hypothèses : altitude des sources et des zones habitées, population résidente, réseaux-types, transit communal Résultats : Evaluation du potentiel de production
Méthodologie Définition du potentiel économique de turbinage des réseaux d eau potable avec un minimum de données = TURBEAU Données (Input) Evaluation de chaque site Résultats (output) Nécessaires ou optionnelles Outils de calcul Puissance [kw] Énergie [kwh/an] Coûts d investissement et d exploitation [Fr/an] Prix de revient [Fr/kWh Bénéfice [Fr/an] Responsable du réseau Logiciel Investisseur
Méthodologie Étapes de l évaluation TURBEAU Base de données Réseau Catalogue des éléments Estimations de coût Modélisation et simulation Module hydraulique Module énergétique Module financier Module économique Analyse et comparaison Résultats Comparaison Décision
Méthodologie Module hydraulique Définition de la distribution de l eau Définition de la ligne d énergie Modélisation du réseau Réservoir Source Jonction Régulateur de débit Turbine Objets reliés par des conduites
Méthodologie Module énergétique Débit de dimensionnement Débits mensuels Débit de dimensionnement Q dim Puissance nette P n = η g ρ g Q H n [kw] avec η g = η T η G η Tr Energie productible E = Σ (P n (t) Δt) [kwh]
Méthodologie Module énergétique Courbe de rendement du Groupe turbo-alternateur 100 90 80 Rendement [%] 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 Q/Q eq [-]
Méthodologie Module financier (base de données) Conduites (vannes, transport, excavation, installation) C c = f (diamètre de conduite D et longueur L) Groupe turbo-alternateur, cellule de coupure, transformateur C g, C cc, C t = f (puissance installée P) Télémaintenance, by-pass C tm C b (coût unitaire) Raccordement au réseau électrique C re = f(distance entre la centrale et la ligne électrique L re ) Local de la centrale, installation de chantier C l, C i = f (puissance installée P) Route d accès C ra = f (longueur de chemin L ra )
Méthodologie Module économique (4 variables et 6 indicateurs) Variables Durée de construction Durée d amortissement Taux d intérêt Taux d inflation Indicateurs T construction T amortissement I intérêt I inflation 0.5 an 25 ans 4 % 1 % Coût d investissement Coût d exploitation Coût annuel total Recette annuelle Bénéfice annuel Prix de revient
Méthodologie Module économique Scénarios Type de scénario Raccordement au réseau électrique Route d accès Local de centrale L re [m] L ra [m] Oui/ Non 1. Optimiste OPT 100 50 existant 2. Pessimiste PES 1000 200 à construire Coût 20'000 + 70 L re 100 L ra 1 200 P
Méthodologie Module économique Prix de vente défini en Suisse dans la Loi sur l Approvisionnement en Electricité (LApEl) et dans l Ordonnance sur l Energie (OEne) Loi sur l Approvisionnement en Electricité (LApEI) http://www.admin.ch/ch/f/ff/2005/1573.pdf Ordonnance sur l énergie (OEne) (page 28 et suivantes) http://www.admin.ch/ch/f/rs/7/730.01.fr.pdf
Logiciel Interface utilisateur de TURBEAU Langage de programmation VB.NET Barres d outils Fonctions de base Débit déversé Ligne d énergie Objets Objets Source Réservoir Conduite (débit) Régulateur débit Jonction Turbine Consommation Caractéristiques et résultats des objets sélectionnés
Logiciel Objets et données d entrée Icône Objets Données d entrée Réservoir Jonction Source Consommation Nom et altitude [m s.m.] Nom Nom et hydrogramme de débits mensuels [l/s] Nom et hydrogramme de consommations mensuelles [l/s] Régulateur débit Nom et hydrogramme de débits mensuels [l/s] Turbine Conduite Nom, débit de dimensionnement [l/s], hydrogramme des débits turbinés mensuels [l/s], coûts [CHF], paramètres économiques (taux d intérêt etc.) Nom, diamètre [mm], longueur [m], rugosité [mm], coûts [CHF]
Logiciel Modélisation et simulation: Interface de travail
Logiciel Modélisation et simulation: Réservoirs
Logiciel Modélisation et simulation: Sources
Logiciel Modélisation et simulation: Consommations
Software Modélisation et simulation: Turbine
Logiciel Modélisation et simulation: Conduites
Logiciel Modélisation et simulation: Simulation
Logiciel Modélisation et simulation: Tableau de résultats 1 Taux d intérêt [%] Taux d inflation [%] Durée de construction [années] Durée d amortiss. [années] Annuité [%] 4 1 0.5 25 6.4 Hydraulique Energétique Economique Sites potentiels Q équipé Hn P E Investiss. Coût financier Coût d exploit. Recette annuelle Bénéfice annuel Prix de vente [l/s] [m] [kw] [MWh/an] [CHF] [CHF/an] [CHF/an] [CHF/an] [CHF/an] [cts/kwh] Projet 1 OPT 80 391.13 308.13 1 242.15 2 134 300 150 300 21 200 186 300 14 900 13.8 Projet 1 PES 80 391.13 308.13 1 242.15 2 602 300 183 200 23 300 186 300-20 300 16.6
Conclusions Avantages de TURBEAU Outil informatique permettant d évaluer le potentiel économique de turbinage des réseaux d eau potable Avec un Minimum de données (Manque de données spécifiques Base de données) Convivialité et souplesse (Interface Analyse de systèmes complexes) Rapidité de modélisation Analyse de variantes facilitée Identification des aménagements économiquement intéressants Analyse détaillée requise mais justifiée!
Conclusions Remerciements Service de l énergie et des forces hydrauliques du canton du Valais pour son soutien financier Jérôme Dubois de HydroCosmos SA pour le développement informatique Philippe Heller, Martin Bieri et Paul Sirvent pour leur support au développement du concept et de la documentation Joëlle Rast, Matthias Rüetschi, Yannis Papasavvas, Parsa Zarian, Olivier Brocard, Eric Lattion,... pour leur contribution à l application de l approche TURBEAU
Turbinage des eaux potables TURBEAU Merci de votre attention