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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Construction de microcentrales hydroélectriques. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Le choix de l'emplacement et de l'aménagement des microcentrales hydroélectriques est déterminé par les conditions naturelles, les capacités et les désirs du futur utilisateur. Toutes ces questions sont de nature complexe et incluent à la fois des paramètres hydrologiques et des questions électriques, de construction et économiques. Devrait être considéré principaux enjeux de la construction de microcentrales hydroélectriques. Les lignes électriques Il est préférable de réaliser la construction de microcentrales hydroélectriques plus proches de l'habitation, du consommateur, car avec l'augmentation de la distance et de la longueur correspondante des lignes électriques, tant les coûts de construction, d'installation et d'entretien de ces lignes, que ainsi que les pertes d'électricité dues à l'augmentation de la résistance dans les lignes de transport d'électricité (PTL). La résistance électrique est une grandeur physique (exprimée en Ohms) qui caractérise la résistance d'un conducteur au courant électrique (fils de lignes électriques). Cette valeur varie en fonction du matériau, de la section et de la longueur du conducteur La figure 34 montre les pertes en prenant l'exemple d'une microcentrale hydroélectrique de 10 kW. Les calculs présentés sur la figure comparent les pertes dans des lignes électriques d'une longueur de 3 km et 200 mètres (matériau du fil - aluminium d'une section de 25 mm).
Comme vous pouvez le constater, la réduction de tension dans une ligne électrique d'une longueur de 3 km était de 68 %, alors que dans une ligne électrique de 200 mètres, elle n'était que de 5 %. Dans les centrales hydroélectriques suffisamment grandes (ou les petites centrales hydroélectriques puissantes), ce problème est résolu en transmettant l'électricité à une sous-station, où sa tension est augmentée jusqu'à des centaines de kilovolts, ce qui permet de transmettre une puissance importante à travers des lignes électriques avec un minimum de traversée. -section du fil et avec des pertes minimes. Techniquement, un système de transformateurs (pour augmenter puis diminuer la tension) peut également être fourni pour les microcentrales hydroélectriques, mais cela augmentera le coût global des microcentrales hydroélectriques. Le deuxième facteur permettant de réduire les indicateurs de tension/puissance atteignant le consommateur est le matériau et la section des fils des lignes électriques. Pourquoi avez-vous besoin de calculer les fils et câbles pour le courant admissible à long terme ? Tout d'abord, des calculs sont effectués pour une alimentation électrique sûre et fiable. Un facteur tout aussi important est la partie économique. Il serait facile de prendre un fil de cuivre épais et, sans rien calculer, de s'assurer que le courant électrique traversera un tel fil sans perte. Mais le coût d’une telle ligne électrique ne sera pas économiquement justifié. Il est entendu qu’avec le même courant dans la ligne électrique et avec une tension croissante, davantage de puissance peut être transmise. Cela signifie qu'avec une section constante du fil de la ligne électrique, il est possible de transmettre de grandes puissances sur de longues distances. Par conséquent, pour une microcentrale hydroélectrique techniquement et économiquement efficace, il est nécessaire de choisir un endroit pour sa construction le plus proche possible des consommateurs et d'utiliser des matériaux appropriés pour les lignes électriques. Évaluation des paramètres hydrologiques La puissance potentielle d’une micro centrale hydroélectrique est calculée à partir de deux indicateurs principaux :
Ces indicateurs sont utilisés dans la formule suivante pour calculer la capacité productive de la zone sélectionnée :
où : P = puissance électrique, kW ; Q = débit, m3/s ; H = valeur de tête, m ; g = accélération due à la gravité (9.81 m/s2) ; η = efficacité globale (utiliser 70%). Comme vous pouvez le constater, pour le calcul, il est nécessaire de saisir les valeurs de pression et de débit de l'eau dans la formule. Pour obtenir ces données, il existe de nombreuses méthodes adaptées au calcul de la puissance - simples et complexes, précises et approximatives. Les valeurs de pression et de débit de l'eau sont les principaux indicateurs pour choisir un emplacement pour la construction d'une centrale hydroélectrique. En pratique, il existe des endroits attractifs pour la construction de microcentrales hydroélectriques, où il est assez simple de faire une évaluation préliminaire de la pression et du débit. Cependant, il existe aussi souvent des endroits où les paramètres du cours d’eau ne sont pas aussi clairement visibles. Cela peut être entravé par une petite pente du cours d'eau ou un écoulement d'eau non organisé (lorsqu'une rivière ou un ruisseau se compose de plusieurs canaux ou de nombreux ruisseaux entrants et sortants). Afin de ne pas effectuer à chaque fois des mesures détaillées de la pression et du débit de l'eau à différents endroits, il est conseillé de faire une évaluation préliminaire à plusieurs endroits où la construction d'une microcentrale hydroélectrique est visuellement réalisable. Ceci est nécessaire pour sélectionner le meilleur emplacement pour mener des enquêtes détaillées. Pour cela, différentes méthodes sont utilisées. Par exemple, vous pouvez utiliser : Données cartographiques montrant des repères d'élévation au sol. Ces cartes sont disponibles auprès des géologues, des registres nationaux locaux, des autorités gouvernementales locales ou des organismes responsables de l'irrigation. De telles cartes indiquent tous les changements d'élévation significatifs au niveau du sol et des bords de l'eau (berges des rivières). Avec leur aide, vous pouvez estimer au préalable la différence de hauteur et, par conséquent, la pression potentielle. Vous pouvez également estimer grossièrement la longueur nécessaire du canal de dérivation (dans le cas d'une microcentrale hydroélectrique de type dérivation).
Cette évaluation nous permettra d'éliminer les endroits les moins attractifs et de commencer des recherches plus approfondies sur un ou deux endroits. Manomètre d'eau Pour construire une microcentrale hydroélectrique suffisamment puissante (par exemple plus de 10 kW), il est préférable de réaliser des relevés avec l'aide de spécialistes et de leurs équipements. Si cela n’est pas possible ou si la construction d’une petite microcentrale hydroélectrique est envisagée, vous pouvez alors mener vos propres recherches en utilisant des moyens relativement simples.
Cette méthode (Fig. 35) utilise un tube transparent (par exemple un tuyau d'irrigation) rempli d'eau et le principe des vases communicants. Le niveau d’eau à une extrémité du tube doit être au niveau supérieur ; dans ce cas, il faut mesurer la distance entre le niveau d'eau à l'autre extrémité du tube et le sol (repère inférieur). Lors de la mesure suivante, le niveau de la marque supérieure doit être là où se trouvait la marque inférieure lors de la mesure précédente. La somme de ces hauteurs donnera la hauteur totale entre l'amont et l'aval (c'est-à-dire la tête). Le même principe est utilisé lors de la mesure de la pression à l'aide d'un niveau de bâtiment et d'une barre de mesure (Fig. 36).
Il faut que la planche soit positionnée strictement horizontalement (ceci est assuré à l'aide d'un niveau de bâtiment) et la pression est mesurée selon le même principe qu'indiqué dans l'exemple avec le tube. Mesure du débit d'eau La consommation d'eau dans les rivières et les ruisseaux de montagne du Kirghizistan est observée :
Le débit maximum est généralement 3 à 5 fois le débit minimum. Par conséquent, lors de l'évaluation, il est nécessaire de se baser sur la période de consommation minimale d'eau. En règle générale, la consommation d’eau est minime en hiver, lorsque la plus grande demande d’électricité est nécessaire. Le schéma ci-dessous (Fig. 37) illustre cette relation à l'aide de l'exemple de la rivière Taldy-Suu et du village de Taldy-Suu (district de Tyupsky).
Tout comme dans le cas de l'évaluation de la pression de l'eau, lors de l'évaluation du débit, vous pouvez utiliser deux approches : avec l'aide de spécialistes et de leur équipement, ou indépendamment, en utilisant des moyens improvisés (Fig. 38). La méthode a) est plutôt destinée aux petits cours d'eau (ruisseau, fossé) et utilise des contenants domestiques (seau, baril). Il faut noter l'heure de remplissage du récipient (dont le volume exact est connu) et déterminer la consommation d'eau.
Pour les gros volumes, il est conseillé d'utiliser la méthode b). Pour mesurer le débit d'eau à l'aide de cette méthode, il est nécessaire de sélectionner un endroit sur le lit de la rivière, de 5 à 10 m de long, le plus régulier en profondeur et en largeur, et avec un écoulement calme. Il est nécessaire de mesurer la profondeur et la largeur du débit dans la zone à plusieurs endroits et de déterminer la valeur moyenne. La deuxième étape consiste à déterminer le débit. Pour ce faire, lancez un flotteur (tout objet flottant léger, par exemple du papier, de la mousse plastique, etc.) au début de la section sélectionnée et mesurez le temps qu'il met pour faire flotter cette section de la rivière. L'indicateur de consommation d'eau est déterminé par la formule :
où : Q - débit d'eau, m3/s ; h - profondeur d'écoulement, mètres ; b - largeur d'écoulement, mètres ; v - vitesse d'écoulement, mètres par seconde ; f est le coefficient de débit. Pour cette formule, il est nécessaire d'utiliser l'indicateur du coefficient de débit (f = 0,5...0,8). Plus les berges sont rugueuses, plus le fond est rocheux, plus la profondeur est faible et plus la largeur du chenal est grande, plus la valeur f doit être utilisée dans la formule. Exemple:
La consommation d'eau (Q) sera égale à: Q \u0,4d 1 x0,5 x 0,6 x 0,12 \u3d XNUMX mXNUMX / s. Évaluation des besoins en électricité Une bonne évaluation des besoins en électricité est très importante afin de déterminer si la puissance de votre microcentrale hydroélectrique sera suffisante pour répondre à vos besoins en électricité. Tout d'abord, pour déterminer le volume de consommation d'électricité, il est nécessaire de prendre en compte dans quel système elle sera utilisée - dans les réseaux électriques publics ou dans votre propre réseau de consommation. Lorsqu'elle est transférée au système central, toute énergie produite par une microcentrale hydroélectrique ira au réseau public et, dans ce cas, il n'est pas nécessaire de calculer le rapport entre la consommation et la production d'électricité. Dans le cas de l'exploitation d'une microcentrale hydroélectrique sur son propre réseau, il est nécessaire d'effectuer des calculs de consommation et de production d'électricité. Cela est nécessaire pour éliminer à la fois la sous-production d’électricité et sa surproduction. Si la sous-production peut être compensée par une consommation parallèle d'électricité provenant des réseaux publics de consommation (RES), alors la construction de plus d'énergie que nécessaire entraînera une augmentation injustifiée du coût de construction des microcentrales hydroélectriques. De plus, comme décrit dans la section « Système de contrôle des microcentrales hydroélectriques », l'excès d'électricité doit être consommé par la charge de ballast (par exemple, les éléments chauffants pour chauffer l'eau) pour assurer le fonctionnement normal de l'unité hydraulique. Cela entraîne également des coûts de construction plus élevés, car l'installation d'une charge de ballast nécessite des travaux et des matériaux supplémentaires. La puissance potentielle d'une micro centrale hydroélectrique (production d'électricité) est calculée en tenant compte de la formule déjà connue de calcul de puissance
Quant à la consommation électrique, chaque appareil possède son propre indicateur de consommation électrique. Par exemple, vous pouvez utiliser les données du tableau ci-dessous pour les calculs. Ce tableau peut être complété par des données sur la consommation d'autres appareils électriques.
Dans le même temps, si l'on envisage que l'électricité sera utilisée par un grand nombre de consommateurs, il est alors très difficile de déterminer quelle énergie sera consommée et à quelle heure. Dans ce cas, il faut se mettre d’accord sur le mécanisme de consommation avec les consommateurs. Exemple : pendant les heures de pointe (matin et soir), les consommateurs doivent éteindre (ou ne pas allumer) certains appareils électriques, comme les fers à repasser, les aspirateurs, les radiateurs, les cuisinières électriques, etc. Une attention particulière doit être portée aux moteurs électriques et aux mécanismes électroménagers basés sur des moteurs électriques (scie circulaire, machines à coudre, pompes, compresseurs, etc.). Lors du démarrage d'un moteur électrique, le courant de démarrage peut augmenter de 3 à 5 fois par rapport à la puissance nominale indiquée sur le moteur électrique. L'activation simultanée de plusieurs moteurs électriques peut conduire au fait que pendant une courte période, la charge sur le SHPP augmente au-delà du niveau admissible, ce qui peut affecter négativement son fonctionnement. Les informations sur le moteur sont indiquées dans son passeport (dans la documentation et sur une plaque métallique fixée sur la carrosserie). Les valeurs nominales sont données ici, c'est-à-dire ceux pour lesquels le moteur est conçu en fonctionnement normal à la charge admissible la plus élevée. Par exemple, la plaque indique : P = 1,1 kW ; U = 220 V ; je = 4,3 A ; f = 50 Hz ; = 2810 tr/min ; Efficacité = 77,5% ; cosf = 0,87. Ça veut dire:
Ainsi, compte tenu des coefficients indiqués, la consommation électrique du moteur électrique en fonctionnement sera d'environ 1,5 kW. Auteurs : Kartanbaev B.A., Zhumadilov K.A., Zazulsky A.A.
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Commentaires sur l'article : Talaï Un bref outil d'information, presque étape par étape, expliquant les bases de la conception de micro-hydroélectricité. Cela me pousse à une étude plus approfondie de cette question. Merci aux auteurs. [en haut]
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