Grands principes de l’Hydroélectricité
Lʼhomme a su très tôt utiliser la force de lʼeau pour en tirer une énergie mécanique dʼabord, puis une énergie électrique. En sʼintégrant dans le cycle naturel de lʼeau, un aménagement hydroélectrique produit une énergie durable et renouvelable, harmonisant les compétences humaines avec les forces de la Nature. Elle transforme lʼénergie gravitaire des lacs, des cours dʼeau et des marées, en électricité.
Ces aménagements sont généralement composés dʼun ouvrage permettant dʼorienter lʼeau vers une usine de production ou de la stocker. Lʼeau met en mouvement une turbine associée à un alternateur. Ce dernier transforme lʼénergie cinétique de la rotation en une énergie électrique qui sera évacuée sur le réseau. La puissance électrique est proportionnelle à la hauteur de chute et au débit turbiné. Un aménagement hydroélectrique ne consomme pas dʼeau et chaque goutte est rendue à la rivière plus en aval sans altération.
Comprendre lʼhydro en quatre étapes
Il sʼagit de transformer lʼénergie potentielle de lʼeau en énergie mécanique puis en énergie électrique grâce au groupe turbine/alternateur.
- Un mètre cube dʼeau à une altitude de 100 m de hauteur possède une énergie potentielle de 0,2725 kWh ⇒ avec lʼhydroélectricité, on en récupérera environ 80% soit 0,218 kWh
- 10 mètres cube dʼeau à une altitude de 1000 m de hauteur possèdent une énergie potentielle de 27,25 kWh ⇒ avec lʼhydroélectricité, on en récupérera environ 80% soit 21,80 kWh
Une production de 1MWh, cʼest 1 MW de puissance qui fonctionne pendant une heure (et non 1MW par heure)
10 MW de puissance qui fonctionnent pendant 10 heures = une production de 100 MWh
100 000 kW = 100 MW = 0,1 GW = 0,0001 TW
Un foyer français moyen consomme 390 kWh par mois, soit 4,6 MWh par an.
(Engie)
1 GWh est la consommation moyenne de 217 foyers pendant un an
1 TWh est la consommation moyenne de 217 000 foyers pendant un an
Un calcul simple qui diffère dans chaque pays selon la consommation des ménages.
- En 2021 la production mondiale dʼhydroélectricité était de 4 273,8 TWh (15,1 % de lʼélectricité mondiale), principalement en Chine, au Canada, au Brésil et aux Etats-Unis.
- En France, 62,5 TWh ont été produits en 2021 soit 12 % de la production électrique française.
- Au Vietnam, 53 TWh ont été produits en 2022 soit 1,2 % de la production hydroélectrique mondiale.
- Fin 2020, le Chili disposait de 7 GW de puissance installée soit 23 % de la capacité de production du pays.
- Madagascar dispose dʼune puissance installée de 200 MW sur lʼîle pour un potentiel estimé à 7800 MW
- Au Costa Rica, le mix énergétique du pays est à 99,99% issu dʼénergies renouvelables dont 80.04 % dʼhydroélectricité
Différents types de centrales
On trouve deux grandes familles dʼaménagements hydroélectriques
Les centrales au fil de l'eau
Les centrales au fil de lʼeau turbinent une partie du débit dʼeau présent dans la rivière, sans possibilité de stockage. Il est généralement prévu un débit réservé qui ne peut être turbiné et qui permet de préserver la continuité écologique des cours dʼeau.
Ces aménagements maintiennent une côte de régulation et produisent de lʼénergie de manière continue, au gré des débits des cours dʼeau. Toute lʼeau prélevée est restituée immédiatement à la rivière. Prédictibles mais non pilotables, elles fournissent une électricité de base.
En sʼintéressant à la différence dʼaltitude entre lʼamont de la prise dʼeau et lʼaval de la centrale, on distingue les centrales de basses chutes et les centrales de moyennes et hautes chutes.
Les centrales de lac et les centrales dʼéclusée
Les centrales de lac et les centrales d’éclusée offrent une capacité de stockage d’eau pour ajuster la production d’électricité selon la demande, avec une flexibilité notable durant les pics de consommation. Les centrales d’éclusée modulent leur production de manière journalière ou hebdomadaire grâce à des cycles de remplissage inférieurs à 400 heures, tandis que les centrales de lac s’ajustent sur des périodes saisonnières ou annuelles.
Ces installations sont essentielles pour équilibrer et stabiliser le réseau électrique, offrant une réponse adaptée aux variations de demande grâce à leur capacité à être démarrées rapidement. Leur pilotabilité améliore la gestion du réseau en permettant une planification flexible et efficace de l’utilisation des ressources énergétiques, réduisant la dépendance aux combustibles fossiles.
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