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Production d'électricité - Turbine hydroélectrique - 220 kW / Canada
Mandat de l'étude de cas
Vous possédez une ferme près d'Ottawa, Ontario, Canada. Un ruisseau traverse votre propriété et il semble avoir le potentiel pour produire de l'électricité. Le gouvernement de l'Ontario offre 0,11 $ par kWh pour l'énergie produite par de nouveaux projets d'énergie renouvelable qui sont raccordés au réseau provincial de distribution d'électricité. Vous croyez qu'il y a possibilité de développer un projet valable de mini-centrale hydroélectrique sur votre propriété et vous souhaitez évaluer s'il vaut la peine d'étudier plus sérieusement le projet.
Données techniques
Le ruisseau sur votre propriété a une hauteur de chute d'approximativement 13 m répartie sur une distance d'environ 1 km. Le ruisseau est alimenté par un lac en amont qui est contrôlé par un petit barrage muni de poutrelles pouvant être manipulées manuellement au besoin. La régularisation du lac par le barrage permet l'amortissement des débits de pointes que provoquent les hausses et baisses d'écoulements. Aucune information hydrologique n'est disponible. Toutefois, vous avez été avisés par les organismes locaux que la superficie du bassin versant à l'amont du barrage est de 182 km2.
Un débit résiduel devra être maintenu dans le ruisseau pour des raisons environnementales. On vous a recommandé d'utiliser un débit résiduel approximatif équivalent au débit du ruisseau qui est égal ou dépassé 95 % du temps. La sélection de cette valeur représente un enjeu majeur pour l'évaluation de l'impact environnemental de ce projet.
Vous avez contacté un fabricant local de petites turbines hydroélectriques qui possède aussi les qualifications requises pour vous offrir l'ensemble turbine-alternateur-commandes. Un modèle serait approprié pour votre site, soit une unité de 220 kW, en présumant que la hauteur de la chute nette disponible soit de 12 m (c.-à-d., laissant environ 1 m pour des pertes de charge hydraulique).
Données financières
L'ensemble de 220 kW coûterait 380 000 $. Le prix inclus la livraison sur le site, l'installation et la mise en service des équipements, mais exclus les travaux de génie civil. Le prix fournit peut varier de plus ou moins 15 %.
Vous avez contacté le Ministère des ressources naturelles et avez été informé des étapes à suivre pour obtenir les autorisations nécessaires pour le développement d'un projet hydroélectrique sur une propriété privée. On vous a avisé que le processus pourrait prendre plusieurs années et qu'il pourrait impliquer une étude d'impact environnemental. Vous avez contacté un consultant local qui se spécialise dans les petits projets hydroélectriques et il vous a conseillé de prévoir un budget d'environ 20 000 $ pour une étude de faisabilité du projet. Le coût du développement du projet, incluant l'étude d'impact environnemental et les approbations, pourrait se situer entre 20 000 $ et 100 000 $, tout dépendant de la complexité des enjeux identifiés et des travaux sur le terrain nécessaires. Si le projet est autorisé, les coûts d'ingénierie pour la conception finale du projet et pour la surveillance de la construction pourrait se situer autour de 5 et 10 % du coût total du projet.
Pour développer ce projet, vous devrez détourner l'eau du ruisseau dans un canal (ou une canalisation). Une conduite forcée (en acier probablement) et un bâtiment pour accueillir l'équipement de production seront également nécessaires. On vous a informé que la construction et l'installation d'un projet de mini-centrale hydroélectrique de la taille visée pourrait coûter jusqu'à 4 000 $ par kW. Vous avez de l'équipement et de la main d'œuvre disponible sur votre ferme, ce qui vous permettra d'entreprendre les travaux civils du projet. Vous êtes donc confiant que votre participation à la construction du projet engendra des économies considérables.
Étant donné que vous êtes propriétaire des terrains, incluant le lit de la rivière ainsi que tous les droits d'utilisation des ressources hydrauliques, vous n'aurez pas à payer de redevances annuelles. Les frais d'opération annuels seront donc limités aux coûts reliés aux assurances, à l'entretien des équipements et au remplacement des pièces. À des fins budgétaires, on vous a conseillé d'évaluer ces frais à environ 1 % du coût initial du projet.
Votre comptable vous a informé qu'un ratio avantages-coûts égal ou supérieur à 1, utilisant un taux d'actualisation d'au moins 15 % sur une période de 25 ans, serait un bon seuil de rentabilité pour évaluer la viabilité du projet. Le taux d'inflation annuel est de 2 %.
Le taux d'intérêt du financement est de 7 % sur une durée d'emprunt de 15 ans, pour 80 % du coût total du projet.
Le contrat offert par le gouvernement de l'Ontario permet une indexation suivant l'indice des prix à la consommation (IPC) sur une proportion de 20 % des 0,11 $ payés par kWh.
Préparez une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirez les faits saillants de cette étude.
Solution
Le fichier de données sélectionné dans la base de données de projets RETScreen présente la solution élaborée. L'utilisateur télécharge automatiquement la base de données de projets en téléchargeant le logiciel RETScreen.
Notes explicatives
Résultats
Un projet de mini-centrale hydroélectrique de 215 kW a été construit en 1990 par la famille Stewart sur leur propriété agricole près de Waba, Ontario, Canada. Le projet a été construit pour fournir de l'électricité au réseau électrique ontarien selon les termes d'un contrat avec l'organisme provincial de distribution (Ontario Hydro à l'époque). Des contrats de production pour des organismes non gouvernementaux étaient offerts à l'époque pour encourager les producteurs privés d'énergies renouvelables.
Le projet avait été étudié par la firme Ottawa Engineering Limited et s'est avéré recommandable d'un point de vue technico-économique, par contre la marge de manœuvre financière était mince en comparaison aux coûts de construction moyens.
Les travaux de génie civil de ce projet pouvaient être réalisés par la famille Stewart elle-même principalement grâce à la disponibilité de leur propre main d'œuvre et de leurs équipements. Ainsi, les économies réalisées pendant la construction étaient suffisantes pour rendre le projet intéressant financièrement.
La construction du projet a débuté à l'automne 1986 et s'est terminée en juin 1990. La compagnie Misty Rapids Power fut créée pour administrer et opérer ce projet. La production d'électricité est vendue et acheminée sur le réseau provincial d'électricité de l'Ontario dans le cadre d'un contrat de rachat privé d'une durée de 20 ans.
Description du système
Le projet de mini-centrale hydroélectrique Misty Rapids Power comporte les composantes suivantes :
Aperçu général
La construction de projets de petites centrales hydroélectriques requiert des ressources et de habiletés souvent retrouvées au sein de la communauté d'exploitation agricole. Là où une ressource hydraulique appropriée existe, le développement d'un projet de petite centrale hydroélectrique peut s'avérer être un investissement très attrayant pour les entreprises agricoles capables de mener à bien une grande partie des travaux de construction eux-mêmes.
Photo
Ferme - Petite hydro, Ontario, Canada
Références
Mandat de l'étude de cas
Vous possédez une ferme près d'Ottawa, Ontario, Canada. Un ruisseau traverse votre propriété et il semble avoir le potentiel pour produire de l'électricité. Le gouvernement de l'Ontario offre 0,11 $ par kWh pour l'énergie produite par de nouveaux projets d'énergie renouvelable qui sont raccordés au réseau provincial de distribution d'électricité. Vous croyez qu'il y a possibilité de développer un projet valable de mini-centrale hydroélectrique sur votre propriété et vous souhaitez évaluer s'il vaut la peine d'étudier plus sérieusement le projet.
Données techniques
Le ruisseau sur votre propriété a une hauteur de chute d'approximativement 13 m répartie sur une distance d'environ 1 km. Le ruisseau est alimenté par un lac en amont qui est contrôlé par un petit barrage muni de poutrelles pouvant être manipulées manuellement au besoin. La régularisation du lac par le barrage permet l'amortissement des débits de pointes que provoquent les hausses et baisses d'écoulements. Aucune information hydrologique n'est disponible. Toutefois, vous avez été avisés par les organismes locaux que la superficie du bassin versant à l'amont du barrage est de 182 km2.
Un débit résiduel devra être maintenu dans le ruisseau pour des raisons environnementales. On vous a recommandé d'utiliser un débit résiduel approximatif équivalent au débit du ruisseau qui est égal ou dépassé 95 % du temps. La sélection de cette valeur représente un enjeu majeur pour l'évaluation de l'impact environnemental de ce projet.
Vous avez contacté un fabricant local de petites turbines hydroélectriques qui possède aussi les qualifications requises pour vous offrir l'ensemble turbine-alternateur-commandes. Un modèle serait approprié pour votre site, soit une unité de 220 kW, en présumant que la hauteur de la chute nette disponible soit de 12 m (c.-à-d., laissant environ 1 m pour des pertes de charge hydraulique).
Données financières
L'ensemble de 220 kW coûterait 380 000 $. Le prix inclus la livraison sur le site, l'installation et la mise en service des équipements, mais exclus les travaux de génie civil. Le prix fournit peut varier de plus ou moins 15 %.
Vous avez contacté le Ministère des ressources naturelles et avez été informé des étapes à suivre pour obtenir les autorisations nécessaires pour le développement d'un projet hydroélectrique sur une propriété privée. On vous a avisé que le processus pourrait prendre plusieurs années et qu'il pourrait impliquer une étude d'impact environnemental. Vous avez contacté un consultant local qui se spécialise dans les petits projets hydroélectriques et il vous a conseillé de prévoir un budget d'environ 20 000 $ pour une étude de faisabilité du projet. Le coût du développement du projet, incluant l'étude d'impact environnemental et les approbations, pourrait se situer entre 20 000 $ et 100 000 $, tout dépendant de la complexité des enjeux identifiés et des travaux sur le terrain nécessaires. Si le projet est autorisé, les coûts d'ingénierie pour la conception finale du projet et pour la surveillance de la construction pourrait se situer autour de 5 et 10 % du coût total du projet.
Pour développer ce projet, vous devrez détourner l'eau du ruisseau dans un canal (ou une canalisation). Une conduite forcée (en acier probablement) et un bâtiment pour accueillir l'équipement de production seront également nécessaires. On vous a informé que la construction et l'installation d'un projet de mini-centrale hydroélectrique de la taille visée pourrait coûter jusqu'à 4 000 $ par kW. Vous avez de l'équipement et de la main d'œuvre disponible sur votre ferme, ce qui vous permettra d'entreprendre les travaux civils du projet. Vous êtes donc confiant que votre participation à la construction du projet engendra des économies considérables.
Étant donné que vous êtes propriétaire des terrains, incluant le lit de la rivière ainsi que tous les droits d'utilisation des ressources hydrauliques, vous n'aurez pas à payer de redevances annuelles. Les frais d'opération annuels seront donc limités aux coûts reliés aux assurances, à l'entretien des équipements et au remplacement des pièces. À des fins budgétaires, on vous a conseillé d'évaluer ces frais à environ 1 % du coût initial du projet.
Votre comptable vous a informé qu'un ratio avantages-coûts égal ou supérieur à 1, utilisant un taux d'actualisation d'au moins 15 % sur une période de 25 ans, serait un bon seuil de rentabilité pour évaluer la viabilité du projet. Le taux d'inflation annuel est de 2 %.
Le taux d'intérêt du financement est de 7 % sur une durée d'emprunt de 15 ans, pour 80 % du coût total du projet.
Le contrat offert par le gouvernement de l'Ontario permet une indexation suivant l'indice des prix à la consommation (IPC) sur une proportion de 20 % des 0,11 $ payés par kWh.
Préparez une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirez les faits saillants de cette étude.
Solution
Le fichier de données sélectionné dans la base de données de projets RETScreen présente la solution élaborée. L'utilisateur télécharge automatiquement la base de données de projets en téléchargeant le logiciel RETScreen.
Notes explicatives
- L'analyse du projet consiste à déterminer le coût maximum admissible du projet en se basant sur le seuil financier établi par le propriétaire avec le consultant.
- Les données hydrologiques pour l'emplacement du site sont établies en utilisant la méthode d'écoulement spécifique. Le site est situé près d'Ottawa et se trouve dans la zone d'écoulement spécifique verte (voir la Carte des débits spécifiques au Canada), mais près de la zone jaune. Une valeur d'écoulement spécifique au milieu des deux plages (0,016) peut être employée pour obtenir la courbe de débits classés approximative.
- L'outil « valeur cible » peut être employé pour déterminer le débit nominal approximatif du projet proposé en présumant des valeurs raisonnables pour les pertes. Établissez une valeur cible de 220 kW sur la cellule « Capacité électrique » de la feuille Modèle énergétique en changeant la valeur de la cellule « Débit nominal d'équipement ».
- Les coûts initiaux pour l'étude de faisabilité, le développement et l'ingénierie du projet peuvent être estimés en fonction des informations fournies. Dans le calcul approximatif des frais d'ingénierie, le coût du projet peut être estimé à 4000 $/kW. Notez l'utilisation cette dernière valeur dans l'équation de la cellule du coût « Ingénierie » de la feuille de calcul Analyse des coûts.
- L'outil « valeur cible » peut ensuite être employé pour déterminer le coût maximum admissible de tous les autres éléments du projet en utilisant une des cellules « Défini par l'utilisateur » de la feuille Analyse des coûts. La valeur cible indiquée pour la cellule « Ratio avantages-coûts » de la feuille de calcul Analyse financière doit être de 1,0 et la cellule variable doit être le coût unitaire de l'item « Coûts d'investissement - Autre » de la feuille de calcul Analyse des coûts. À noter qu'une quantité de 1 doit être indiquée comme quantité unitaire de la cellule « Coûts d'investissement - Autre » définie par l'utilisateur.
- Le résultat des calculs décrit plus haut indique que le propriétaire pourrait dépenser jusqu'à environ 5 000 $ par kW installé, ce qui dépasse le coût suggéré pour des projets comparables, soit 4 000 $ par kW installé.
- L'analyse économique du projet est très sensible aux variations des coûts annuels, ce qui indique qu'un niveau de précision accru dans la détermination de ces coûts est requis pour assurer une prise de décision de faisabilité adéquate. De façon similaire, la production d'énergie et la viabilité financière sont aussi très sensibles au choix du débit résiduel.
Résultats
Un projet de mini-centrale hydroélectrique de 215 kW a été construit en 1990 par la famille Stewart sur leur propriété agricole près de Waba, Ontario, Canada. Le projet a été construit pour fournir de l'électricité au réseau électrique ontarien selon les termes d'un contrat avec l'organisme provincial de distribution (Ontario Hydro à l'époque). Des contrats de production pour des organismes non gouvernementaux étaient offerts à l'époque pour encourager les producteurs privés d'énergies renouvelables.
Le projet avait été étudié par la firme Ottawa Engineering Limited et s'est avéré recommandable d'un point de vue technico-économique, par contre la marge de manœuvre financière était mince en comparaison aux coûts de construction moyens.
Les travaux de génie civil de ce projet pouvaient être réalisés par la famille Stewart elle-même principalement grâce à la disponibilité de leur propre main d'œuvre et de leurs équipements. Ainsi, les économies réalisées pendant la construction étaient suffisantes pour rendre le projet intéressant financièrement.
La construction du projet a débuté à l'automne 1986 et s'est terminée en juin 1990. La compagnie Misty Rapids Power fut créée pour administrer et opérer ce projet. La production d'électricité est vendue et acheminée sur le réseau provincial d'électricité de l'Ontario dans le cadre d'un contrat de rachat privé d'une durée de 20 ans.
Description du système
Le projet de mini-centrale hydroélectrique Misty Rapids Power comporte les composantes suivantes :
- Un barrage à caissons en bois à vanne réglable pour acheminer l'eau dans un canal ouvert;
- Un canal ouvert de 800 m de long;
- Une prise d'eau avec conduite forcée et grille à débris;
- Une conduite forcée en acier de 42 pouces de diamètre et d'une longueur de 68 m;
- Une centrale comprenant une turbine de type Kaplan directement couplée à un alternateur à induction;
- Un canal de fuite retournant l'eau au ruisseau Waba Creek; et
- Un raccordement au réseau de distribution provincial à l'aide d'une ligne de transmission de 12,48 kV à 3 phases d'une longueur de 1 200 m.
- Des économies considérables peuvent être réalisées grâce à l'apport de compétences du propriétaire. Un projet de petite centrale hydroélectrique comporte des composantes civiles, mécaniques et électriques et offre donc une occasion aux propriétaires de s'impliquer à différents niveaux.
- Puisque la réalisation de projets de petites centrales hydroélectriques constitue un ensemble d'activités multidisciplinaires, elle nécessite des efforts de coordination importants. Une attention particulière est donc nécessaire à la gestion de projet afin d'éviter de coûteux retards et les dépassements de budget qui y sont associés.
- Les projets de petites centrales hydroélectriques impliquent des coûts de construction élevés et exigent un financement important. La viabilité financière de ces projets est assurée par la signature d'un accord d'achat d'énergie ferme avec un organisme reconnu pour l'obtention du financement du projet.
Aperçu général
La construction de projets de petites centrales hydroélectriques requiert des ressources et de habiletés souvent retrouvées au sein de la communauté d'exploitation agricole. Là où une ressource hydraulique appropriée existe, le développement d'un projet de petite centrale hydroélectrique peut s'avérer être un investissement très attrayant pour les entreprises agricoles capables de mener à bien une grande partie des travaux de construction eux-mêmes.
Photo
Ferme - Petite hydro, Ontario, Canada
Références
- Bennett, Kearon, « Communications personnelles », Ottawa Engineering Ltd., 2007.
- Ottawa Engineering Limited, Stewart Small Hydro Project, Waba Creek, Ontario, Pre-feasibility study, 1987.
- Stewart, Lyle, « Communications personnelles », Ottawa Engineering Ltd., 2007.
