L'hydroélectricité est la conversion de l'énergie de l'eau en mouvement en énergie électrique ou mécanique à l'aide d'une turbine ou d'une roue hydraulique. Qu'il s'agisse de systèmes d'arrière-cour, de systèmes pour un seul résident fabriqués à partir de pièces de voiture recyclées, ou de projets à grande échelle tels que ceux sur le fleuve Colorado, dans l'ouest des États-Unis, les gens exploitent l'énergie de l'eau qui descend une pente. La taille et l’application d’un système hydroélectrique peuvent varier considérablement. Les systèmes microhydroélectriques sont spécifiquement les systèmes qui ne sont pas à grande échelle. Construire un barrage sur une rivière n'est généralement pas considéré comme une microhydroélectricité, mais détourner partiellement un cours d'eau vers un réservoir de rétention et faire couler l'eau dans une petite turbine hydroélectrique ou une roue Pelton ressemble davantage à ce à quoi le terme microhydroélectrique fait référence.
L'article suivant est un bref aperçu des aspects et considérations plus techniques nécessaires pour concevoir et construire un système microhydroélectrique.
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Tailles de l'hydroélectricité
| Taille | Puissance de sortie | Utilisation typique |
|---|---|---|
| Grand | >10 MW | Fait généralement partie d'une grande grille. |
| Petit | 1 MW-10 MW | Généralement grille interconnectée. (jusqu'à 50 MW au Canada [1] ) |
| Mini | 100 kW-1 000 kW (1 MW) | Communauté et industrie. Souvent grille interconnectée. |
| Micro | 1 kW-100 kW | Petite communauté à faible consommation d'énergie, petite industrie, foyer rural à forte consommation d'énergie. Généralement hors réseau. |
| Pico | <1kW | Tour radio, foyer à faible consommation d'énergie, station de recharge. Presque toujours hors réseau. |
Veuillez noter qu'il s'agit de moyennes et que de nombreuses communautés différentes classent l'hydroélectricité de manière quelque peu différente.
Équation
La quantité d'énergieE{\displaystyle \,E}
- E=mgh{\displaystyle \,E=mgh}
oùg{\displaystyle \,g}
est l’accélération due à la gravité.
En convertissant ces unités, une équation de champ courante pour mesurer la puissance maximale disponible dans une masse d'eau en mouvement est :
- P.munX=QmunX*HmunX*emunXK{\displaystyle \,P_{max}={\frac {Q_{max}*H_{max}*e_{max}}{K}}}
Où:
- P max =Puissance maximale disponible (kW)
- Q max = Débit (Volume/temps)
- H max =Tête (chute verticale en pieds)
- e max = Efficacité de la turbine (utiliser une valeur de 1 pour la puissance maximale disponible)
- K=Facteur de conversion d'unité (voir le tableau ci-dessous pour quelques valeurs courantes)
| Pour Q mesuré en | K est égal à |
|---|---|
| pi 3 /min | 708 (pi 4 )/(min*kW) |
| pi 3 /sec (CFS) | 11,8 (pi 4 )/(sec*kW) |
| l/s | 334(l*pi)/(sec*kW) |
| gal/min (GPM) | 5 302 (gal*pi)/(min*kW) |
Pour trouver la puissance réelle que vous obtiendrez de cette masse d’eau en mouvement, calculez P net en apportant les modifications suivantes.
- P.net=Qnet*Hnet*enetK{\displaystyle \,P_{net}={\frac {Q_{net}*H_{net}*e_{net}}{K}}}
Où:
- P net = La puissance nette extraite de la rivière, sans compter la perte de livraison de la centrale électrique à la charge (kW)
- Q net = Débit (Volume/temps) - Ne prend qu'une partie du débit maximum (% de prise ). Pour les cours d’eau délicats, cela peut représenter un petit pourcentage du débit total.
- Q net = Q max *% prise
- H net =Tête (chute verticale en pieds) - Il s'agit de la hauteur réelle dont vous disposez en raison des pertes dues au frottement. Calculez la perte de friction à l'aide de tableaux basés sur les matériaux que vous utilisez pour le détournement (par exemple le PVC).
- Déterminez la longueur équivalente du tuyau en ajoutant la longueur réelle du tuyau et les longueurs équivalentes des raccords en fonction des tableaux utilisant la taille du tuyau.
- Trouvez le coefficient du rapport de perte de pression par friction (FPL) en pieds de perte /pied de tuyau en fonction du débit et de la taille du tuyau.
- calculer la perte H = longueur équivalente de tuyau * FPL
H net = H max -H perte
- e net =Rendement de la turbine - Toujours entre 0 et 1, généralement entre 0,5 et 0,9 selon le type de turbine et le débit. Une valeur de 0,78 est une bonne estimation pour les éoliennes modernes dans des conditions moyennes.
- K = Facteur de conversion d'unité (voir le tableau ci-dessus pour quelques valeurs courantes)
Notez que ces équations sont statiques dans le temps. Vous devez exécuter ces équations avec une résolution suffisamment élevée pour couvrir les périodes de variation (par exemple, données mensuelles sur les rivières).
Moulin à eau
La technologie hydroélectrique la plus accessible est probablement la roue hydraulique W . Il peut être construit entièrement à partir de matériaux locaux. Seul le générateur doit être apporté. Pour les petits systèmes, un moteur modifié ou un alternateur de voiture peut être utilisé.
- La roue hydraulique verticale inférieure est la plus appropriée pour les situations de chute relativement basse, même si elle est la moins efficace de toutes les roues hydrauliques. Vous devriez éviter de construire une roue inférieure avec des godets droits et opter pour une roue Poncelet ou une roue Zuppinger qui peuvent toutes deux doubler l'efficacité. Ils ont une efficacité d'environ 30%, mais une efficacité maximale de 70%.
- Le tir au sein est le suivant lorsque la tête est suffisamment grosse. Ici, l'eau entre à une hauteur similaire à la hauteur de l'essieu. Il est plus compliqué à construire et nécessite une structure qui enveloppe la roue pour fonctionner avec une grande efficacité. Si cela est fait correctement, il utilise le poids de l'eau et son impulsion. Il peut avoir une efficacité d'environ 85 % s'il est bien construit.
- La roue à débordement a besoin de la plus grande tête des roues hydrauliques. Dans des conditions optimales avec des godets en acier, il peut avoir une efficacité allant jusqu'à 80 %.
- La roue de tir arrière peut être considérée comme un croisement entre une roue de tir de poitrine et une roue de dépassement. L'eau entre par le haut de la roue mais les seaux sont comme une roue à tir de poitrine. Le sens de rotation est le même que dans une roue à tir de poitrine. L'efficacité peut dépasser celle du tir au sein.
- Les roues hydrauliques horizontales, en dehors des pièces de musée, se trouvent aujourd'hui principalement dans la région de l'Himalaya sous la forme de ghatta. Cette version est une version primitive d'une turbine.
Turbines à impulsions
| Type de turbine | Couler | Tête |
|---|---|---|
| Pelton W. | Le plus bas | Le plus haut > 10 pieds |
| Turgo W. | Intermédiaire | Intermédiaire >4 pieds |
| Flux croisé W | Le plus élevé | Le plus bas <4 pieds |
La seule machine qui peut être construite sans accès à un équipement de coulée de métal ou à une fraiseuse 3D est la turbine à flux transversal. Les seuls outils avancés nécessaires sont un chalumeau et du matériel de soudage. Les matières premières nécessaires sont la tôle et les tuyaux métalliques. Des informations sur la façon de construire une turbine à flux transversal peuvent être trouvées sur le site Web CD3WD (voir Ressources).
Pour construire des roues pour petites turbines Pelton ou Turgo, il est nécessaire soit d'avoir accès à une fraiseuse 3D, soit d'avoir accès à un atelier de fonderie, soit de construire un atelier de fonderie. Pour ces derniers, le plus gros problème est probablement d'obtenir des informations sur la façon de construire un moule pour un coureur approprié. Pour plus d'informations, voir Moulage (métal)
Les références
- ^ http://www.renaissancepower.ca/downloads/What_Is_MicroHydropower.pdf
- ↑ Certaines situations à débit élevé et à faible chute peuvent utiliser des systèmes hydroélectriques tels qu'une roue hydraulique pour convertir uniquement l'énergie cinétique de l'eau qui coule avec très peu de changement dans l'énergie potentielle. Dans ces cas-là,P.=12ρϕv2{\displaystyle P={\frac {1}{2}}\,\rho \,\phi \,v^{2}}
oùv{\displaystyle \,v}
est la vitesse de l’eau.
Ressources
- http://www.microhydropower.net/
- Consultez leurs études de cas (sous la fenêtre déroulante des ressources). Évitez leurs sections théoriques.
- http://web.archive.org/web/20120625055734/https://homepower.com/basics/hydro/
- Excellentes bases de la microhydroélectricité du magazine Home Power.
- http://web.archive.org/web/20151118040713/http://www.retscreen.net:80/download.php/ang/109/0/Textbook_HYDRO.pdf
- Super manuel sur les petites installations hydroélectriques.
- Ils disposent également de données, d’études de cas et d’outils pour analyser des projets. Voir http://www.retscreen.net/ang/g_small.php pour bien plus.
- wikipedia : énergie hydroélectrique et wikipedia : micro hydroélectrique
- Plus d'informations sur Wikipédia.
- Micro-hydroélectricité
- Un répertoire visuel des ressources microhydroélectriques du Répertoire des énergies renouvelables .
- Exemples de micro-hydro DC et exemples de micro-hydro AC
- Une excellente ressource avec des images, des statistiques et un aperçu des éléments nécessaires à la micro-hydroélectricité.
- CD3WD - Aider le tiers monde à s'aider lui-même
- Un site Web qui rassemble des articles d'ONG et d'autres organisations et les compile sur CD. Les images de ces CD peuvent être téléchargées via leur site Web. Les CD que j'ai identifiés comme contenant des informations sur l'hydroélectricité sont cd3wd407 et cd3wd430.
- Puissance en fonction du diamètre du tuyau
- Graphique de feuille de calcul en direct de la puissance en fonction du diamètre du tuyau pour différents débits (0 à 150 GPM). Quantité personnalisable de course et de raccords.
- Prix Ashden
- Superbes études de cas avec des vidéos des Ashden Awards .