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05/06/2006

Régulation électronique de vitesse pour hydro générateur

L'ajena dont je présentais les activité lundi (voir article sur l'ajena). Il nous avait fait le plaisir de publier das leur excellent bulletin de liaison les conclusions données par notre projet menée avec l'ENSAM de Cluny : Régulation électronique de vitesse pour hydro générateur. Ceci m'ammene à conseiller la lecture de Ajena Contact.

Régulation électronique de vitesse pour hydro générateur : le mariage de l’électronique et de la mécanique.


Comment produire un maximum d’électricité ?
Pour rentabiliser au mieux sa centrale hydraulique, un producteur a tout intérêt à produire le maximum d’électricité annuellement donc faire fonctionner sa machine le plus souvent possible avec des rendements maximaux. Si le débit turbinable ( = débit rivière - débit réservé) est plus faible que le débit d’équipement (c’est-à-dire le débit optimal pour la turbine), la solution classique est un réglage mécaniquement du débit d’eau dans la turbine. On joue sur le degré d’ouverture de la turbine (par action, notamment, sur les pales orientables des turbines Kaplan). On conserve ainsi un rendement élevé quelque soit le débit turbiné. Le problème intervient lorsque l’on couple la turbine au générateur électrique : la vitesse de rotation de ce dernier est fixe et imposée par la fréquence du réseau EDF (50 Hz en France). Ce qui fait que la rotation du générateur électrique et de la turbine est fixe : la régulation mécanique doit tenir compte de cette contrainte.

La recherche sur les éoliennes au service des hydro générateurs
Des élèves ingénieurs du Centre ENSAM de Cluny (71) ont réalisé une étude sur les possibilités d’augmenter l’énergie annuelle par l’utilisation d’un variateur électronique de vitesse. Jusqu’à présent, ces appareils sont très utilisé dans l’industrie pour être insérer entre le réseau EDF de fréquence fixe et les moteurs électriques : ils permettent de faire varier la vitesse de rotation du moteur en gardant une rendement élevé.
Les variateur de vitesse sont adaptée aujourd’hui dans certaines éoliennes (voir http://www.jeumont-framatome.com/french/html/Eolienne/eoliennes_j48.asp) : ils y sont utilisés « à l’envers », c’est-à-dire qu’à partir de l’ensemble turbine+générateur électrique dont la vitesse est variable, on fournit une fréquence fixe au réseau EDF.

Etude de cas
L’étude réalisée par l’ENSAM portait sur un projet de rénovation de microcentrale (puissance = 150 kW) utilisant une turbine Kaplan d’occasion (de fabrication suisse et de marque Escher Wyss). L’étude montra que l’utilisation d’un variateur de vitesse du commerce apportait un gain annuel d’électricité de 8 %. La vente de cette électricité ne compensait pas le surcoût engendré par l’achat du variateur. Cette conclusion mitigée s’explique par la qualité du matériel (la turbine dispose du réglage des pales (turbine Kaplan) et la qualité de construction des turbines Escher Wyss : en partant d’une valeurs importante, les points de rendement sont plus difficile à grappiller.

Aller plus loin
L’étude a démontré qu’un variateur de vitesse peut venir en aide à une turbine sans réglage de pales (turbine « hélice »). L’intérêt du variateur est donc de l’utiliser AVEC une turbine hélice (plus simple donc moins chère qu’une kaplan) dont les pales sont dessinées pour la variation de vitesse. De plus, le variateur pourraient améliorer le facteur de puissance (aussi appelé cosinus  ) de l’électricité produite par la centrale, ce qui augmenterait d’autant la puissance active (celle payée au producteur). Actuellement, les constructeurs d’onduleurs incluent les protections de découplage des centrales photovoltaïques de basse puissance : pourquoi ces même constructeurs ne construiraient ils pas des variateurs de vitesse adaptés aux hydro générateurs incluant ces mêmes protections ? Cela ferait des économies et simplifierait les appareillages des centrales.

Avec la réduction des coûts des composants électroniques, l’augmentation des coûts de la partie mécanique et l’audace du premier à lancer une solution viable, la variation de vitesse devrait se développer dans les prochaines années tout comme elle progresse dans l’éolien.

Le point de vue de l'AJENA
Notons également que le variateur pourrait amméliorer le facteur de puissance (aussi appelé cosinus Phi) de l'électricité produite par la centrale, ce qui augmenterait d'autant la puissance active (celle payée au producteur). Actuellement les producteurs d'onduleurs photovoltaïques incluent des protections de découplages des centrales solaires de basse puissance : pourquoi ces mêmes constructeurs ne construiraient-ils pas des variateurs de vitesses adaptées aux hydro générateurs incluant ces mêmes protections ? Cela simplifierait les appareillages et induirait des économies.

Ajena Contact - Avril 2005

08:10 Publié dans Communiqué /Presse | Lien permanent | Tags : Environnement | |  Facebook