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Principes

Produire de l'électricité avec l'énergie hydraulique
Une petite centrale hydroélectrique est composée de quatre éléments principaux :
- les ouvrages de prise d’eau (digues, barrages),
- les ouvrages d’amenée et de mise en charge (canal d’amenée, conduite forcée),
- les équipements de production (turbines, générateurs, systèmes de régulation),
- les ouvrages de restitution.
Selon la longueur des ouvrages d’amenée on pourra distinguer :
- la centrale en dérivation, où une partie du débit du cours d’eau est dérivée sur quelques dizaines de mètres jusqu’à plusieurs kilomètres, puis turbinée sous une hauteur de chute supérieure à la hauteur du barrage,
- la centrale de pied de barrage qui utilise uniquement le dénivelé créé par le barrage.

Une partie du cours d'eau est acheminée vers la centrale via un canal d'amenée et, selon les installations, une conduite forcée. En sortie de la conduite forcée ou du canal d'amenée, l'eau entraine la rotation de la turbine avant d'être restituée dans le canal. La turbine entraine alors un générateur électrique le plus souvent via un multiplicateur de vitesse. Le générateur, couple à un transformateur produit de l'électricité qui est mise en circulation sur le réseau de distribution électrique. La puissance d'une centrale dépend principalement de deux paramètres : la hauteur de chute et le débit turbine.

La définition d’une petite centrale hydroélectrique
Une PCH se définit comme une installation de production énergétique, d’une puissance inférieure à 10 000 kW, transformant l’énergie hydraulique d’un cours d’eau en énergie électrique.
D’après l’UNIPEDE (Union Internationale des Producteurs et Distributeurs d’Energie Electrique) on classe les PCH en fonction de la puissance installée et on parle de :
- petite centrale pour une puissance comprise entre 2 000 kW et 10 000 kW,
- mini-centrale pour une puissance comprise entre 500 kW et 2 000 kW,
- micro-centrale pour une puissance comprise entre 20 kW et 500 kW,
- pico-centrale pour une puissance inférieure à 20 kW.

Les différents types de centrales

- Les centrales au fil de l’eau

Les centrales au fil de l'eau sont majoritairement des petites centrales. Elles ne disposent pas de possibilité de stockage et produisent au gré des débits du cours d'eau. Ces ouvrages produisent donc de façon continue et fournissent une électricité de base. L'hydraulique au fil de l'eau constitue une puissance installée d'environ 7 600 MW, et on considère que la moitié de cette puissance est garantie toute l'année. Leur production représente 37 TWh par an, soit plus de la moitié de la production hydroélectrique française. Certains de ces ouvrages peuvent atteindre des puissances importantes, comme ceux disposés sur le Rhône et le Rhin, qui produisent près des deux-tiers de la production au fil de l'eau pour seulement une trentaine d'ouvrages.
 

- Les centrales de lac
Les centrales de lac ou d'éclusée disposent d'une retenue d'eau leur permettant de stocker celle-ci afin de la turbiner aux périodes de plus forte demande. Ces deux catégories de centrales se distinguent en fonction de la durée de remplissage de leur réservoir : moins de 400 heures pour les centrales d'éclusée, au-delà pour les centrales de lac. Les centrales d'éclusée ont donc des durées d'accumulation assez courtes et modulent leur production au niveau journalier, voire hebdomadaire, là où les centrales de lac peuvent assurer une modulation saisonnière de leur production.

- Les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP)
Les STEP sont des centrales de pompage - turbinage fonctionnant avec une retenue supplémentaire à l'aval. Pendant les heures creuses, l'eau est pompée de la retenue inférieure vers la retenue supérieure, pour être ensuite turbinée dans le sens inverse pendant les heures de pointes. La dizaine d'installations que compte la France totalise une puissance de 4 500 MW, mobilisables en quelques minutes.

Voir les animations techniques sur le fonctionnement des centrales sur le site EDF

Voir les schémas sur le site de l'Ademe

Voir la fiche de la DGEC sur l'hydroélectricité

Voir les fiches du Syndicat des énergies renouvelables sur l'hydroélectricité

Marier eau potable et production d’électricité, c’est possible !
On peut aussi « turbiner » l’eau potable ou les eaux usées. Par exemple, lorsque les eaux potables sont captées en source de montagne, l’acheminement vers les robinets des usagers nécessite des installations pour dissiper la trop grande pression pour que l’eau n’arrive pas dans le réseau avec trop de puissance. Pourquoi ne pas placer une turbine qui récupèrerait cette énergie pour produire de l’électricité ? Les technologies existent et des collectivités les utilisent.