18-12-2017
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Hydraulique
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 Définition

     Une turbine hydraulique est un moteur qui transforme l’énergie gravitationnelle de l’eau en énergie mécanique.

Principe de fonctionnement

     
     L’eau est canalisée vers un rotor constitué d’aubes, de pales ou d’augets qui entre en rotation sous la force engendrée par cet écoulement. L’axe de ce rotor est ensuite utilisé comme « force motrice » pour entraîner différentes machines mécaniques ou de production électrique.


Calcul de la puissance


     La puissance brute est directement proportionnelle aux débit et hauteur de chute.

     La puissance nette est la puissance utilisable à l’arbre de la turbine. Elle est donnée par la puissance brute diminuée des différentes pertes. Par commodité, plutôt que soustraire des pertes variables en fonction des circonstances, on multiplie la puissance brute par un coefficient transformé en pourcentage, le rendement. La puissance brute se mesure généralement en kilowatts.

     Voici la formule :

                                      P = H x Q x g

Avec P = Puissance en kilowatts, H = hauteur de chute en mètres, Q = débit en m3 par seconde et g, constante gravitationnelle, = 9,80665 (valeur que l’on remplace, pour simplification, par 9,81).

(Si l’on veut la puissance brute en « chevaux vapeur », la formule sera : Pcv = H x Q / 0,075)
La puissance nette, en kilowatts, sera :
Pnette  = rendement
r, avec r= H x Q x g x   sera toujours inférieur à 1)r

Calcul de la production


     La production est donnée par la puissance nette multipliée par le nombre d’heures de fonctionnement. La production est généralement donnée en kilowattheures (kWh), unité de travail.

     Pour avoir un calcul précis de la production, on analyse, dans la mesure du possible, les débits journaliers du cours d’eau sur une période la plus longue possible (pour une base de données valable, il faut au minimum 5 ans consécutifs). On classe tous les débits par ordre décroissant, et l’on trace la « courbe des débits classés », synthèse théorique, ramenée sur 365,25 jours, des caprices du cours d’eau…

      En fonction de chaque valeur de débit, une hauteur de chute est mesurée ou estimée (plus le débit est important, plus la hauteur de chute a tendance à diminuer). La hauteur de chute détermine la quantité d’eau exacte que pourront « avaler » les turbines (une même turbine prendra moins d’eau à mesure que la hauteur diminue). Hauteur de chute et débit des turbines déterminent la puissance nette. Cette valeur, en corrélation directe avec les débits, permet de tracer une nouvelle courbe de puissance. Par intégration de cette courbe, on obtient la production annuelle.

     En France, on compte, en moyenne, 8 jours d’arrêt pour crue. Pour une bonne base d’estimation de dimensionnement des turbines, on regarde sur la courbe des débits classés quelle est la valeur de débit à 100 jours. Si les turbines sont correctement adaptées au site, la production annuelle s’élève à environ 50% de la production totale théorique obtenue en multipliant la puissance maximale par 24 heures et 365 jours (ou 8 760 heures). Ainsi, on peut estimer qu’une centrale de 100 kW produira environ 440 000 kWh par an.

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