Publication du programme PACER à télécharger

Prenant le cadre Suisse pour référence, ce document édité par le programme Suisse PACER passe en revue tous les éléments essentiels d’un projet de petite centrale hydroélectrique : aspects techniques, financier, montage du projet…

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Sommaire

1. Petites centrales hydrauliques en Suisse

• 1.1 Qu’est-ce qu’une petite centrale hydraulique ?
• 1.2 L’importance des petites centrales hydrauliques en Suisse
• 1.3 Cadre légal

2. Technologie des petites centrales

• 2.1 Classification des petites centrales et de leurs composants
• 2.2 Notions techniques concernant l’utilisation de la force hydraulique
• 2.3 Les éléments d’une petite centrale, leur fonction et leur construction
• 2.4 Petites centrales : technologie sérieuse ou bricolage ?

3. Petites centrales hydrauliques et environnement

• 3.1 Débits de restitution
• 3.2 Exigences de la pêche
• 3.3 Intégration des installations dans le paysage

4. Exemples de petites centrales en exploitation

• 4.1 Microcentrale à basse pression du Moulin de Vicques (JU)
• 4.2 Centrale avec conduite forcée sur l’Ilfis à Bärau, Langnau (BE)
• 4.3 Microcentrale du réseau d’approvisionnement en eau potable de la commune de Brienzwiler
• 4.4 Turbinage des eaux usées de la commune de Leysin
• 4.5 Turbines de récupération dans l’industrie

5. Rentabilité des petites centrales hydrauliques

• 5.1 Situation actuelle
• 5.2 Nouvelle construction ou modernisation
• 5.3 Prix de revient de l’électricité produite par une petite centrale
• 5.4 Prix de vente et tarifs de rachat de l’électricité
• 5.5 Evaluation de la rentabilité

6. Promotion et financement des petites centrales

• 6.1 Mesures promotionnelles de la Confédération et des cantons
• 6.2 Financement

7. Marche à suivre pour la planification et la réalisation des microcentrales

• 7.1 Déroulement du projet
• 7.2 Procédure administrative pour l’obtention ou le renouvellement d’une concession
• 7.3 Exigences techniques et services compétents
• 7.4 Disparités cantonales et régionales

8. Adresses utiles (en Suisse)

• 8.1 Autorités
• 8.2 Organisations et associations
• 8.3 Données et prescriptions techniques
• 8.4 Financement et promotion

Glossaire

Annexe A : Survol des principales Lois et Ordonnances fédérales

Annexe B : Evaluation d’un potentiel de force hydraulique

• B1. Estimation de la puissance
• B2. Débits à disposition
• B3. Choix du débit nominal de la petite centrale
• B4. Dimensionnement d’une installation et estimation de la production annuelle

Annexe C : Estimation de la rentabilité des petites centrales

• C1. Bases
• C2. Investissements et frais financiers
• C3. Frais d’exploitation
• C4. Revenus et bénéfices
• C5. Exemple

Annexe D : Déroulement d’un projet de petite centrale

Pour d’autres articles concernant la petite hydroélectricité voir l’article :

> Petites hydroélectriques : généralités.

Jérome Levet

Souvent quelques centaines de mètres d’altitude séparent une source d’eau potable de ses utilisateurs. L’énergie de cette « chute » peut être exploitée par une centrale hydroélectrique. A travers différents exemples tirés de l’expérience suisse, ce document présente cette technique de valorisation énergétique des réseaux d’eau potable.

Publication du programme suisse DIANE en allemand et français

Site internet : http://www.smallhydro.ch

120 pages

1997

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Sommaire

Préambule

Introduction

1- Exemples d’installations :

• Bern
• Blumenstein
• Elm
• Küssnacht
• Lenzerheide
• Sarnen
• Sonzier
• Val Champagna

2- Autres installations en Suisse

3- Partie technique

• Définitions
• Classification des centrales hydrauliques sur eau potable en Suisse
• Force hydraulique dans le réseau d’eau potable
• Un mot sur les priorités
• Centrales sur l’eau potable et environnement
• Rentabilité
• Entretien de l’installation

Adresses

Publications DIANE

Pour en savoir plus sur ce sujet voir également les articles suivants :

> L’eau usée génératrice d’électricité : concept, réalisation, potentiel – DIANE ;

> L’eau potable génératrice d’électricité : inventaire et étude du potentiel des usines électriques sur l’alimentation en eau potable en Suisse – DIANE.

Pour d’autres informations sur la petite hydroélectricité voir également :

> Petite hydroélectricité : généralités.

Jérome Levet

Article

L’objectif de cet article est de synthétiser les différentes étapes par lesquelles un développeur (un privé, une commune, ou autre) doit passer pour mener à bien son projet de petite hydraulique.

Préambule : mesurer régulièrement le débit du cours d’eau

Avant tout étude poussée, il est conseillé d’effectuer des mesures de débits le plus régulièrement possible, c’est-à-dire au moins une fois par semaine, et de faire mesurer par un géomètre les altitudes des niveaux d’eau amont et aval. Cette première démarche est parfois appelée « étude de préfaisabilité ».

Pour en savoir plus voir les articles :

> Comment mesurer le débit d’une rivière ?

> Comment mesurer la hauteur de chute ?

1. Etude d’avant-projet sommaire ou de faisabilité

Cette première étude consiste à dresser un premier bilan technique, économique et environnemental du site afin de répondre à la question : est-il intéressant ou non d’aller plus loin ?

Concrètement, cette étude, comprenant une visite de site, aboutit à un rapport d’une dizaine de pages qui présente la puissance électrique moyenne et maximale du site, la production, une estimation des investissements et du prix de revient du kWh produit.

Dans le cas particulier d’un projet isolé dans un pays en voie de développement, cette étude sera nécessairement plus longue puisqu’il n’existe en général que peux de références en la matière et qu’une étude socio économique du village desservie doit être menée.

2. Etude de faisabilité détaillée ou avant-projet

Cette deuxième étude reprend dans les détails l’étude d’avant projet sommaire, afin de préciser :

• la courbe des débits classés ;
• le débit d’équipement optimal pour le site, avec éventuellement l’étude de plusieurs variantes
• la ou les turbines spécifiques au site et présentant le meilleur compromis entre la production, les investissements et l’intégration à l’environnement local ;
• les dimensions de la ou des turbine(s) ;
• la détermination du diamètre optimal de la conduite forcée ou le calcul des pertes de charge si elle est existante ;
• les travaux de génie civil ;
• le raccordement au réseau ;
• les investissements ;
• le prix de revient du kWh.

Concrètement, cette étude, comprenant au moins 1 visite de site, conduit à un rapport d’une trentaine de pages, qui s’accompagne des plans préliminaires de l’installation.

3. Projet d’exécution

Cette dernière étape vise à :

• rédiger les cahiers des charges pour les équipements et travaux ;
• effectuer des demandes d’offre auprès des fournisseurs de matériel et entreprises de génie civil ;
• analyser les offres et proposer l’adjudication ;
• faire exécuter les plans finaux des aménagements par les intervenants sélectionnés suivant leurs prestations ;
• construire la centrale : direction des travaux, suivi de chantier, etc. ;
• mettre en service la centrale.

Pour en savoir plus, sur les études à mener voir les articles suivants :

> Le choix, le dimensionnement et les essais de réception d’une mini-turbine – PACER ;

> Faisabilité de micro-centrales hydroélectriques, cahier des charges – ADEME ;

> Etude de préfaisabilité sur la petite hydroélectricité : liste des points importants à analyser avant d’installer une petite usine hydroélectrique – ESHA ;

> Rénover au lieu d’abandonner : Modernisation et remise en service des petites centrales hydrauliques, critères d’évaluation – DIANE

> Comment mesurer la hauteur de chute ? ;

> Comment mesurer le débit d’une rivière ?.

Pour des articles généralistes sur l’hydroélectricité et la micro hydroélectricité voir :

> Hydroélectricité et centrales hydroélectriques : généralités ;

> Petites centrales hydroélectriques : généralités.

Jérome Levet

Fiche technique

Tout installation hydroélectrique dispose d’aménagement de génie civil nommé : « prise d’eau ».

Le rôle de la prise d’eau est double :

• capter une partie du débit du cours d’eau suivant les besoins de la centrale. L’eau est ensuite acheminée vers la turbine par un canal et/ou une conduite ;
• filtrer les débris du cours d’eau et les poissons pour qu’ils ne pénètrent pas dans la turbine.

La prise d’eau « classique »

Classiquement, la prise d’eau des centrales « au fil de l’eau » se compose :

d’un canal, dont l’entrée est munie d’une grille qui filtre les gros débris, qui se prolonge par un bassin de décantation (partie du canal plus large et plus profonde). Il permet de filtrer les débris plus fins (comme le sable), il est d’ailleurs également appelé « dessableur » et doit être purgé régulièrement. Par sécurité, une grille plus fine est parfois installée en fin de dessableur, à l’entrée de la conduite forcée .

La prise d’eau « Coanda »

Depuis quelques années, une nouvelle technologie de prise d’eau à vue le jour : la prise d’eau « Coanda » ou à « effet Coanda », du nom de l’ingénieur roumain qui mit en évidence ce phénomène de mécanique des fluides au 20ème siècle.

Principe de l’effet « Coanda »

Le principe de l’effet Coanda est le suivant : lorsqu’un fluide en écoulement rencontre une paroi, il a tendance à adhérer à la paroi même s’il lui faut pour cela, faire un « virage en épingle à cheveux ».

Principe de « l’écran Coanda »

La prise d’eau « Coanda » repose sur ce principe : une partie du cours d’eau passe sur une grille très fine (que l’on appelle également « écran Coanda »), par effet « Coanda » l’eau adhère à la structure de la grille qui est telle qu’elle filtre les débris les plus fins et capte une partie du cours d’eau qu’elle dirige directement vers une conduite ou un canal.

Intérêts

Avantages

Cette technologie possède trois avantages majeurs :

• la grille permet à la fois de filtrer les gros débris (ils passent au dessus de la grille) et les petits, ils sont filtrés par la structure très fine de la grille ;
• la grille est auto-nettoyante, puisqu’en permanence de l’eau s’écoule sur la grille ;
• la structure est allégée : une seule grille et aucun dessableur.

Ainsi, la technologie « Coanda » permet de diminuer les coûts d’entretien et de génie civil et l’impact visuel de la prise d’eau.

Inconvénients

Par contre, la construction d’une telle grille est assez complexe (finesse de la construction, robustesse des matériaux, design) : elle ne peut être réalisée que par une entreprise spécialisée.

Ci-contre : la finesse du maillage de la grille « Coanda »

Pour en savoir plus, deux documents en anglais sont à télécharger ci-dessous :

> « Design Guidance for Coanda-effect screens » du département technique des ressources en eau du gouvernement américain ;

> Le rapport de stage de Dorothée Huber effectué pour « le projet Beduin » au sein du département Génie hydraulique et Environnement de l’université de Trondheim en Norvège. Il porte sur des essais de grilles « Coanda ».

Pour d’autres informations sur la petite hydroélectricité, voir :

> Petite hydroélectricité : généralités

Jérome Levet

Les stations d’épuration de villages situées en altitude possèdent en potentiel hydraulique important et très souvent inexploité. Que le traitement soit effectué au niveau de la commune ou dans une station placée plus bas, ces équipements impliquent des dénivellations qui permettent l’implantation de centrales hydroélectriques. A travers l’étude de différents projets pilotes et de sites potentiels, ce document présente cette intéressante technique de valorisation énergétique des eaux usées.

Publication du programme Suisse DIANE en allemand et français

Site internet : http://www.smallhydro.ch

74 pages

1995

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Sommaire

Introduction

1- La récupération

2- Situation actuelle – Centrale hydroélectrique des eaux usées

3- 3 installations pilotes :

• Leysin
• Le Châble
• Nyon

4- 131 sites potentiels

5- 6 sites représentatifs :

• Montana
• Nendaz
• Ollon
• Eschenbach
• Adelboden
• Vauffelin

Portrait succinct du projet DIANE

Liste des publications

Pour en savoir plus sur ce sujet voir également les articles suivants :

> Petites centrales hydroélectriques sur l’eau potable : documentation technique, 8 exemples en détail – DIANE ;

> L’eau potable génératrice d’électricité : inventaire et étude du potentiel des usines électriques sur l’alimentation en eau potable en Suisse – DIANE.

Pour d’autres informations sur la petite hydroélectricité voir également :

> Petite hydroélectricité : généralités.

Jérome Levet

Les petits aménagements hydrauliques tirent l’énergie des cours d’eau, ils se situent donc au carrefour des intérêts des exploitants et des écologistes. C’est sous cet angle que ce document passe en revue les différents aspects de l’exploitation d’un petit aménagement : la première partie traite de l’énergie, de l’économie et de la société, tandis que la seconde partie est consacrée au paysage et à l’écologie.

Publication du programme Suisse Diane

Site internet : http://www.smallhydro.ch

42 pages, 1997

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Sommaire

Préambule

Avant-propos

1- Première partie : énergie, économie et société

• Restructuration du parc des aménagements hydroélectriques
• Utiliser les potentiels en friche des énergies renouvelables
• Énergie et CO2 dans la balance
• De l’énergie a des prix abordables
• Soutien diversifié – aide au financement
• Quel est l’apport des petits aménagements hydroélectriques à
  l’économie publique ?

2- Seconde partie : paysage et écologie

• Les petits aménagements hydro-électriques dans le milieu bâti et non bâti
• Un impératif : l’aménagement des cours d’eau
• Créer des biotopes reliés entre eux
• Sauvegarde de la qualité des eaux

Liste des publications

Pour plus d’informations sur l’hydroélectricité et l’environnement, voir :
> l’article général : Petite hydroélectricité et environnement ;

> l’article : Poissons et petites centrales hydrauliques : Solutions avantageuses de franchissement pour les poissons et la microfaune aquatique édité par le programme DIANE.

Pour d’autres articles concernant la petite hydroélectricité, voir :

> Petites centrales hydroélectriques : généralités.

Jérome Levet

Chaque ouvrage hydroélectrique érigé sur un cours d’eau engendre un impact écologique. L’interruption du continuum biologique apparaît le plus évident : l’ouvrage entrave, freine ou bloque la remontée des organismes aquatiques et et notamment du poisson. Les petites centrales n’échappent pas à la règle ; en raison de leur localisation, elles touchent généralement des petits cours d’eau de basse altitude qui abritent une faune piscicole riche et diversifiée.

Publication du programme DIANE en Allemand et Français

Site internet : http://www.smallhydro.ch

111 pages

1997

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La présente brochure décrit quelques aménagements réalisés en vue de rétablir la migration du poisson. S’appuyant sur des cas concrets de petites centrales suisses, elle met en exergue l’originalité et l’ingéniosité dont il faut faire preuve afin de trouver une solution rationnelle. La présente publication constitue ainsi un guide précieux permettant d’appréhender la complexité du problème et d’apprécier les solutions techniques. En ce sens, elle contribue grandement à la promotion d’une production énergétique respectueuse des équilibres écologiques.

Sommaire

Préface

Introduction

1- Exemples traités en détail

• Le Binnenkanal dans la Vallée du Rhin, Montlingen
• Linth, Diesbach
• Aabach, Wildegg
• Möhlinbach, Möhlin
• Langete, Kleindietwil
• Lyssbach, Suberg
• Glütschbach, Thierachern
• Promenthouse, Gland

2- Exemples traités sommairement

• Reuss, Luzern
• Langete, Lotzwil
• Langete, Madiswil
• Langete, Leimiswil
• Oenz, Heimenhausen
• Oenz, Heimenhausen
• Walebach, Uetendorf
• Tana, Grandvillard

3- Ce qu’il faut savoir concernant la planification et la construction de dispositifs de franchissement

• Lois et autorisations nécessaires
• Aides au financement
• Données principales des dispositifs de franchissement
• Checklist pour la planification et la construction
• Economies réalisables lors de la planification, la construction et l’exploitation

Adresses

Littérature

Publications DIANE

Pour plus d’informations sur l’hydroélectricité et l’environnement, voir :
> l’article général : Petite hydroélectricité et environnement ;

> l’article Aperçu général sur les petites centrales hydrauliques : aspects économiques et écologiques également édité par le programme DIANE.

Pour d’autres articles concernant la petite hydroélectricité, voir :

> Petites centrales hydroélectriques : généralités.

Jérome Levet

Ce document est destiné à aider les ingénieurs et techniciens non spécialisés qui sont concernés, dans le cadre de leur activité professionnelle, par la conception et la réalisation d’une petite centrale hydraulique.

Publication du programme Suisse PACER

Site internet : http://www.smallhydro.ch

73 pages

1995

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Contenu

Ce guide reprend les informations techniques de base présentées dans le
« Guide pratique pour la réalisation de petites centrales hydrauliques » consacrées au dimensionnement et à la rentabilité en les approfondissant ;

Ces considérations théoriques sont illustrées par l’exemple pratique
d’une mini turbine d’appoint installée dans une centrale existante ;

Enfin, un chapitre est consacré aux essais de réception et présente
les différentes vérifications et essais à effectuer dans le cadre de la
mise en service.

Sommaire

1. Préambule

2. Etude de faisabilité – Description générale

2.1 Objectif

2.2 Démarche

2.3 Données nécessaires

3. Estimation de la production d’énergie

3.1 Données hydrologiques, débits instantanés et débits classés

3.2 Débits caractéristiques
3.3 Chute
3.4 La puissance hydraulique
3.5 Les turbines
3.6 La puissance mécanique
3.7 Les générateurs
3.8 La puissance électrique
3.9 L’énergie électrique

4. Estimation des dépenses annuelles
4.1 Investissement

4.2 Frais financiers
4.3 Charges d’exploitation et d’entretien
4.4 Dépenses annuelles totales

5. Estimation de la rentabilité de l’ouvrage
5.1 Prix de revient de l’énergie
5.2 Prix de vente de l’énergie
5.3 Estimation de la rentabilité

6. Exemple d’application pratique
6.1 Exposé du problème
6.2 Données
6.3 Résolution du problème

7. Essais de réception d’une petite centrale hydroélectrique
7.1 Considérations générales
7.2 Essais et vérifications à la mise en service
7.3 Essais de réception et vérification des performances
7.4 Mesure des performances du groupe turbogénérateur
7.5 Normes et codes

Pour en savoir plus, sur les études à mener pour monter un projet de petite hydraulique voir les articles suivants :

> Petites centrales hydroélectriques : les études à mener, mode d’emploi

> Faisabilité de micro-centrales hydroélectriques, cahier des charges – ADEME ;

> Etude de préfaisabilité sur la petite hydroélectricité : liste des points importants à analyser avant d’installer une petite usine hydroélectrique – ESHA ;

> Rénover au lieu d’abandonner : Modernisation et remise en service des petites centrales hydrauliques, critères d’évaluation – DIANE

> Comment mesurer la hauteur de chute ? ;

> Comment mesurer le débit d’une rivière ?.

Pour des articles généralistes sur l’hydroélectricité et la micro hydroélectricité voir :

> Hydroélectricité et centrales hydroélectriques : généralités ;

> Petites centrales hydroélectriques : généralités.

Jérome Levet