L'hydroélectricité est la plus grande source d'énergie renouvelable, produisant plus de 200 GW d'électricité. Le Québec est l'un des plus grands producteurs d'hydroélectricité au monde, grâce à ses vastes ressources en eau, quelque 500 000 lacs et 4 500 rivières couvrent environ 12 % de la surface du pays. À la fin de 2011, Hydro-Québec gérait une capacité de 36 971 mégawatts, dont 98 % d'hydroélectricité.
Centrales électriques sur les rivières
Quand on pense à l'hydroélectricité, on pense aux grands barrages. Cependant, il existe aussi des centrales dites "au fil de l'eau", qui ne nécessitent pas ou peu de réservoir. Ces derniers sont plus petits et peuvent être utilisés à des fins plus spécialisées telles que les maisons, les vacances, les fermes, les hôtels, les camps, les parcs et les petites communautés isolées ou indépendantes. Ces centrales hydroélectriques relativement petites entrent dans les catégories suivantes :
- moins de 100 kW : micro hydroélectricité
- 100 kW à 1 MW : petite hydroélectricité
- 1 à 10 mégawatts (parfois jusqu'à 50 mégawatts) : petites centrales hydroélectriques.
Les microsystèmes hydroélectriques peuvent fournir suffisamment d'énergie aux ménages isolés. Leur fonctionnement est particulièrement intéressant, car dans les bonnes conditions, ils peuvent fournir une source d'énergie rentable et fiable, en n'utilisant qu'une petite fraction de l'eau de rivière disponible, avec un impact environnemental très faible (pas de réservoirs, pas d'inondation des terres).
Comment fonctionnent les microcentrales hydroélectriques ?
Les micro-installations hydroélectriques se caractérisent par leur simplicité de fonctionnement. Les éléments minimaux de ce type de système sont communs à toutes les configurations de terrain :
- Une turbine hydraulique qui transfère l'énergie de l'eau à un générateur pour produire de l'électricité.
- Un mécanisme de coordination pour assurer la continuité de l'approvisionnement en électricité.
- Réseau de transmission et de distribution.
Ces caractéristiques sont souvent présentes dans les "kits prêts à l'emploi" qui permettent aux utilisateurs d'installer leur propre système micro-hydraulique. Cependant, ce type de système est très petit et conçu pour des installations très standards.
Il est probable qu'il sera nécessaire de travailler avec un spécialiste de l'énergie qui recommandera une solution adaptée aux besoins énergétiques de l'utilisateur, à la topographie du site et qui soit optimale sur le plan économique et technique.
En réalité, les micro-réseaux hydroélectriques sont souvent plus complexes que les éléments simples décrits ci-dessus et doivent être conçus pour obtenir la bonne proportion de débit de la rivière. Chaque site a ses propres caractéristiques.
L'installation et le dimensionnement des éléments
Selon l'emplacement de l'installation, le dimensionnement des éléments suivants doit être adapté à la situation :
- L'eau nécessaire au fonctionnement du système doit être détournée pour fournir le débit requis pour la turbine. En général, un déversoir bas est nécessaire pour assurer un débit d'eau constant. Un collecteur de gravier est nécessaire pour empêcher les débris, le gravier et le sable de passer par l'admission.
- Les barrages sont également nécessaires pour drainer l'excès d'eau et protéger les voies navigables intérieures. Le passage des poissons doit également être assuré.
- Le déversoir désigne un canal ou un tuyau ouvert à l'atmosphère par lequel l'eau s'écoule de la prise d'eau à la baie de tête.
- Un filtre fin élimine les derniers débris et la glace qui peuvent endommager la turbine, tandis qu'un bassin de décantation dépose et élimine les particules fines.
- La conduite d'alimentation en eau est injectée dans la turbine. Une attention particulière doit donc être accordée à sa conception. Les pertes de pression dans ces tuyaux dépendent du débit d'eau, de la rugosité, de la longueur et du diamètre du tuyau (plus le diamètre est grand, plus le coût est élevé). Le coût de la conduite doit être maintenu aussi bas que possible, tout en limitant les pertes de pression. Outre le diamètre, l'épaisseur et le matériau du tuyau ont également un impact important sur le coût. Pour éviter les éclatements, les tuyaux sont sélectionnés principalement sur la base de la pression maximale attendue de l'eau de circulation. D'autres facteurs tels que la profondeur d'enfouissement, la résistance au gel et la résistance aux influences environnementales (intempéries, animaux, arbres tombés) sont également pris en compte.