Dans le monde, les centrales hydroélectriques produisent environ 24 % de l'électricité mondiale et alimentent en électricité plus d'un milliard de personnes.Les centrales hydroélectriques du monde produisent un total combiné de 675 000 mégawatts, l'équivalent énergétique de 3,6 milliards de barils de pétrole, selon le National Renewable Energy Laboratory.Il y a plus de 2 000 centrales hydroélectriques en activité aux États-Unis, faisant de l'hydroélectricité la plus grande source d'énergie renouvelable du pays.
Dans cet article, nous allons examiner comment l'eau qui tombe crée de l'énergie et en apprendre davantage sur le cycle hydrologique qui crée le débit d'eau essentiel à l'hydroélectricité.Vous aurez également un aperçu d'une application unique de l'hydroélectricité qui peut affecter votre vie quotidienne.
En regardant couler une rivière, il est difficile d'imaginer la force qu'elle transporte.Si vous avez déjà fait du rafting, vous avez ressenti une petite partie de la puissance de la rivière.Les rapides d'eau vive sont créés comme une rivière, transportant une grande quantité d'eau en aval, des goulots d'étranglement à travers un passage étroit.Au fur et à mesure que la rivière est forcée à travers cette ouverture, son débit s'accélère.Les inondations sont un autre exemple de la force qu'un énorme volume d'eau peut avoir.
Les centrales hydroélectriques exploitent l'énergie de l'eau et utilisent des mécanismes simples pour convertir cette énergie en électricité.Les centrales hydroélectriques sont en fait basées sur un concept assez simple : l'eau qui coule à travers un barrage fait tourner une turbine, qui fait tourner un générateur.
Voici les composants de base d'une centrale hydroélectrique conventionnelle :
Barrage - La plupart des centrales hydroélectriques reposent sur un barrage qui retient l'eau, créant ainsi un grand réservoir.Souvent, ce réservoir est utilisé comme lac récréatif, comme le lac Roosevelt au barrage de Grand Coulee dans l'État de Washington.
Admission - Les vannes du barrage s'ouvrent et la gravité tire l'eau à travers la conduite forcée, un pipeline qui mène à la turbine.L'eau accumule de la pression lorsqu'elle s'écoule dans ce tuyau.
Turbine - L'eau frappe et fait tourner les grandes pales d'une turbine, qui est attachée à un générateur au-dessus d'elle au moyen d'un arbre.Le type de turbine le plus courant pour les centrales hydroélectriques est la turbine Francis, qui ressemble à un gros disque avec des pales courbes.Une turbine peut peser jusqu'à 172 tonnes et tourner à une vitesse de 90 tours par minute (rpm), selon la Foundation for Water & Energy Education (FWEE).
Générateurs - Lorsque les pales de la turbine tournent, une série d'aimants à l'intérieur du générateur fait de même.Des aimants géants tournent devant des bobines de cuivre, produisant un courant alternatif (AC) en déplaçant des électrons.(Vous en apprendrez plus sur le fonctionnement du générateur plus tard.)
Transformateur - Le transformateur à l'intérieur de la centrale prend le courant alternatif et le convertit en courant à haute tension.
Lignes électriques - De chaque centrale électrique sortent quatre fils: les trois phases d'alimentation étant produites simultanément plus un neutre ou une terre commune aux trois.(Lisez Comment fonctionnent les réseaux de distribution d'électricité pour en savoir plus sur la transmission par lignes électriques.)
Sortie - L'eau usée est transportée par des pipelines, appelés canaux de fuite, et rentre dans la rivière en aval.
L'eau du réservoir est considérée comme de l'énergie stockée.Lorsque les vannes s'ouvrent, l'eau qui traverse la conduite forcée devient de l'énergie cinétique car elle est en mouvement.La quantité d'électricité produite est déterminée par plusieurs facteurs.Deux de ces facteurs sont le volume du débit d'eau et la quantité de charge hydraulique.La tête fait référence à la distance entre la surface de l'eau et les turbines.À mesure que la hauteur et le débit augmentent, l'électricité générée augmente également.La tête dépend généralement de la quantité d'eau dans le réservoir.
Il existe un autre type de centrale hydroélectrique, appelée centrale de pompage-turbinage.Dans une centrale hydroélectrique conventionnelle, l'eau du réservoir traverse la centrale, sort et est transportée en aval.Une station de pompage-turbinage comporte deux réservoirs :
Réservoir supérieur - Comme une centrale hydroélectrique conventionnelle, un barrage crée un réservoir.L'eau de ce réservoir traverse la centrale hydroélectrique pour créer de l'électricité.
Réservoir inférieur - L'eau sortant de la centrale hydroélectrique s'écoule dans un réservoir inférieur plutôt que de rentrer dans la rivière et de s'écouler en aval.
À l'aide d'une turbine réversible, l'usine peut pomper l'eau vers le réservoir supérieur.Cela se fait en heures creuses.Essentiellement, le deuxième réservoir remplit le réservoir supérieur.En pompant l'eau vers le réservoir supérieur, l'usine dispose de plus d'eau pour produire de l'électricité pendant les périodes de pointe de consommation.
Le générateur
Le cœur de la centrale hydroélectrique est le générateur.La plupart des centrales hydroélectriques ont plusieurs de ces générateurs.
Le générateur, comme vous l'avez peut-être deviné, génère de l'électricité.Le processus de base pour générer de l'électricité de cette manière consiste à faire tourner une série d'aimants à l'intérieur de bobines de fil.Ce processus déplace les électrons, ce qui produit du courant électrique.
Le barrage Hoover a un total de 17 générateurs, chacun pouvant générer jusqu'à 133 mégawatts.La capacité totale de la centrale hydroélectrique du barrage Hoover est de 2 074 mégawatts.Chaque générateur est constitué de certaines pièces de base :
Arbre
Excitateur
Rotor
Stator
Lorsque la turbine tourne, l'excitatrice envoie un courant électrique au rotor.Le rotor est une série de gros électroaimants qui tournent à l'intérieur d'une bobine de fil de cuivre étroitement enroulée, appelée stator.Le champ magnétique entre la bobine et les aimants crée un courant électrique.
Dans le barrage Hoover, un courant de 16 500 ampères se déplace du générateur au transformateur, où le courant grimpe jusqu'à 230 000 ampères avant d'être transmis.
Les centrales hydroélectriques tirent parti d'un processus continu naturel - le processus qui fait tomber la pluie et faire monter les rivières.Chaque jour, notre planète perd une petite quantité d'eau dans l'atmosphère lorsque les rayons ultraviolets brisent les molécules d'eau.Mais en même temps, de l'eau nouvelle est émise de la partie interne de la Terre par l'activité volcanique.La quantité d'eau créée et la quantité d'eau perdue sont à peu près les mêmes.
À tout moment, le volume total d'eau dans le monde se présente sous de nombreuses formes différentes.Il peut être liquide, comme dans les océans, les rivières et la pluie ;solide, comme dans les glaciers;ou gazeux, comme dans la vapeur d'eau invisible dans l'air.L'eau change d'état lorsqu'elle est déplacée autour de la planète par les courants de vent.Les courants de vent sont générés par l'activité de chauffage du soleil.Les cycles air-courant sont créés par le soleil qui brille plus sur l'équateur que sur d'autres régions de la planète.
Les cycles air-courant entraînent l'approvisionnement en eau de la Terre à travers un cycle qui lui est propre, appelé cycle hydrologique.Lorsque le soleil chauffe l'eau liquide, l'eau s'évapore en vapeur dans l'air.Le soleil chauffe l'air, ce qui fait monter l'air dans l'atmosphère.L'air est plus froid plus haut, de sorte que lorsque la vapeur d'eau monte, elle se refroidit et se condense en gouttelettes.Lorsque suffisamment de gouttelettes s'accumulent dans une zone, les gouttelettes peuvent devenir suffisamment lourdes pour retomber sur Terre sous forme de précipitations.
Le cycle hydrologique est important pour les centrales hydroélectriques car ils dépendent du débit d'eau.S'il y a un manque de pluie près de l'usine, l'eau ne s'accumulera pas en amont.Sans collecte d'eau en amont, moins d'eau circule dans la centrale hydroélectrique et moins d'électricité est générée.
Heure de publication : 07 juillet 2021
