-
36 langues :
Production d'électricité - Turbine hydroélectrique - 6 500 kW / Chine
Mandat de l'étude de cas
Une société chinoise d'électricité vous demande de préparer une étude de préfaisabilité visant la réalisation d'un projet de petite centrale hydroélectrique dans la province de Hunan en Chine. Selon les prévisions à court terme de la demande électrique, le producteur d'électricité aura besoin de 4 MW de puissance hydroélectrique garantie pour alimenter l'appel de puissance de base sur le réseau électrique local. Pour augmenter la fiabilité d'approvisionnement en électricité, la procédure de votre client consiste à installer en réserve un deuxième groupe turbine-alternateur identique au premier.
Données techniques
Le projet proposé se situe dans le comté de Ruchen de la province de Hunan, en Chine, sur la rivière Jiujiedai. Le site est aisément accessible par une route.
Selon les résultats issus de relevés préliminaires du site, il serait techniquement possible d'exploiter une chute de 150 m. Il y a également un endroit qui se prêterait bien à la construction d'un barrage de retenue en béton d'une longueur de crête de 70 m qui permettrait de stocker de l'eau, sur une base saisonnière, sans créer d'inondations importantes en amont. Ceci est considéré comme un projet « au fil de l'eau ». Le site proposé se situe en aval d'un autre projet hydroélectrique représentant un stockage d'eau additionnel qui a un effet régulateur du débit de la rivière. Une évaluation préliminaire montre que le stockage disponible du site proposé serait d'environ 15,5 millions de m³. Des études antérieures donnent également la courbe des débits classés de l'écoulement naturel de la rivière, c'est-à-dire sans l'effet régulateur des retenues d'eau. Ils sont donnés dans le tableau suivant :
Mandat de l'étude de cas
Une société chinoise d'électricité vous demande de préparer une étude de préfaisabilité visant la réalisation d'un projet de petite centrale hydroélectrique dans la province de Hunan en Chine. Selon les prévisions à court terme de la demande électrique, le producteur d'électricité aura besoin de 4 MW de puissance hydroélectrique garantie pour alimenter l'appel de puissance de base sur le réseau électrique local. Pour augmenter la fiabilité d'approvisionnement en électricité, la procédure de votre client consiste à installer en réserve un deuxième groupe turbine-alternateur identique au premier.
Données techniques
Le projet proposé se situe dans le comté de Ruchen de la province de Hunan, en Chine, sur la rivière Jiujiedai. Le site est aisément accessible par une route.
Selon les résultats issus de relevés préliminaires du site, il serait techniquement possible d'exploiter une chute de 150 m. Il y a également un endroit qui se prêterait bien à la construction d'un barrage de retenue en béton d'une longueur de crête de 70 m qui permettrait de stocker de l'eau, sur une base saisonnière, sans créer d'inondations importantes en amont. Ceci est considéré comme un projet « au fil de l'eau ». Le site proposé se situe en aval d'un autre projet hydroélectrique représentant un stockage d'eau additionnel qui a un effet régulateur du débit de la rivière. Une évaluation préliminaire montre que le stockage disponible du site proposé serait d'environ 15,5 millions de m³. Des études antérieures donnent également la courbe des débits classés de l'écoulement naturel de la rivière, c'est-à-dire sans l'effet régulateur des retenues d'eau. Ils sont donnés dans le tableau suivant :
Une étude d'impact environnemental sur le débit minimum à maintenir dans la rivière indique que l'afflux naturel d'eau en aval de la centrale proposée sera généralement suffisant. Cependant, en période d'étiage, il faudra prévoir un débit résiduel de 0,1 m³/s.
La topographie du terrain très pentu entre le barrage et la centrale électrique ne permettra pas de transporter l'eau en surface. Par conséquent, il faudra opter pour un tunnel de 3,4 km, dont la construction pourra être confiée à de la main-d'œuvre locale qui a de l'expérience dans ce domaine. Selon des analyses géologiques préliminaires, le type de roche à excaver est idéal pour un tel tunnel dont 20 % seulement de la longueur nécessitera un revêtement. Pour pouvoir évacuer les matériaux d'excavation, il faudra construire une route temporaire d'environ 45 km.
La centrale électrique pourra être construite sur une section de la rivière où le niveau d'eau ne dépasse pas 2 m en période de crues. Un canal de fuite de 50 m de long avec des parois de 30?, devra être excavé. Une conduite forcée de 485 m de longueur sera également nécessaire.
Pour raccorder la centrale électrique au réseau central, il faudra construire en terrain relativement plat et dégagé une ligne électrique de 110 kV d'une longueur de 6 km.
Pour l'analyse des réductions des émissions de gaz à effet de serre, on supposera que le combustible déplacé sera du gaz naturel.
Données financières
La société d'électricité qui s'intéresse à ce projet investira dans une analyse de faisabilité plus détaillée si l'étude de pré-faisabilité que vous réalisez indique que la valeur actualisée nette (VAN) du projet est positive en utilisant un taux d'actualisation de 9 %. Cette société pourra faire financer le projet jusqu'à 75 %, à un taux d'intérêt de la dette de 9 % sur une durée de 15 ans.
Le prix de vente actuel de l'électricité est de 0,40 yuan/kWh (ou 0,048 $US/kWh), un tarif qui devrait augmenter de 5 % par année. L'inflation sur les 25 ans de durée de vie du projet est estimée à 2 % par année.
Tous les coûts du projet doivent être présentés en $US; on peut utiliser un taux de change de 0,63 $US/$CDN. Le coût de l'équipement de construction équivaut à 80 % du prix appliqué au Canada; la main-d'œuvre coûte 50 % de moins, et la fabrication des pièces 15 % de moins. On considère que le prix du carburant est le même en Chine qu'au Canada.
Les frais annuels d'exploitation et d'entretien comprendront une taxe foncière de 0,2 % des coûts totaux du projet, une prime d'assurance de 0,5 % des coûts totaux du projet, l'entretien de la ligne électrique qui équivaut à 5 % des coûts de construction de la ligne et du poste de raccordement, des pièces de rechange (0,25 % des coûts totaux du projet) et des coûts de main-d'œuvre estimés à 80 000 $US. Ces frais annuels doivent être augmentés de 10 % pour tenir compte des frais d'administration et d'un autre 10 % pour des imprévus. On prévoit un budget d'environ 100 000 $US tous les 10 ans pour des réparations importantes d'entretien normal.
Préparer une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirer les faits saillants de cette analyse.
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
La topographie du terrain très pentu entre le barrage et la centrale électrique ne permettra pas de transporter l'eau en surface. Par conséquent, il faudra opter pour un tunnel de 3,4 km, dont la construction pourra être confiée à de la main-d'œuvre locale qui a de l'expérience dans ce domaine. Selon des analyses géologiques préliminaires, le type de roche à excaver est idéal pour un tel tunnel dont 20 % seulement de la longueur nécessitera un revêtement. Pour pouvoir évacuer les matériaux d'excavation, il faudra construire une route temporaire d'environ 45 km.
La centrale électrique pourra être construite sur une section de la rivière où le niveau d'eau ne dépasse pas 2 m en période de crues. Un canal de fuite de 50 m de long avec des parois de 30?, devra être excavé. Une conduite forcée de 485 m de longueur sera également nécessaire.
Pour raccorder la centrale électrique au réseau central, il faudra construire en terrain relativement plat et dégagé une ligne électrique de 110 kV d'une longueur de 6 km.
Pour l'analyse des réductions des émissions de gaz à effet de serre, on supposera que le combustible déplacé sera du gaz naturel.
Données financières
La société d'électricité qui s'intéresse à ce projet investira dans une analyse de faisabilité plus détaillée si l'étude de pré-faisabilité que vous réalisez indique que la valeur actualisée nette (VAN) du projet est positive en utilisant un taux d'actualisation de 9 %. Cette société pourra faire financer le projet jusqu'à 75 %, à un taux d'intérêt de la dette de 9 % sur une durée de 15 ans.
Le prix de vente actuel de l'électricité est de 0,40 yuan/kWh (ou 0,048 $US/kWh), un tarif qui devrait augmenter de 5 % par année. L'inflation sur les 25 ans de durée de vie du projet est estimée à 2 % par année.
Tous les coûts du projet doivent être présentés en $US; on peut utiliser un taux de change de 0,63 $US/$CDN. Le coût de l'équipement de construction équivaut à 80 % du prix appliqué au Canada; la main-d'œuvre coûte 50 % de moins, et la fabrication des pièces 15 % de moins. On considère que le prix du carburant est le même en Chine qu'au Canada.
Les frais annuels d'exploitation et d'entretien comprendront une taxe foncière de 0,2 % des coûts totaux du projet, une prime d'assurance de 0,5 % des coûts totaux du projet, l'entretien de la ligne électrique qui équivaut à 5 % des coûts de construction de la ligne et du poste de raccordement, des pièces de rechange (0,25 % des coûts totaux du projet) et des coûts de main-d'œuvre estimés à 80 000 $US. Ces frais annuels doivent être augmentés de 10 % pour tenir compte des frais d'administration et d'un autre 10 % pour des imprévus. On prévoit un budget d'environ 100 000 $US tous les 10 ans pour des réparations importantes d'entretien normal.
Préparer une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirer les faits saillants de cette analyse.
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
- Une turbine de type Francis se prête bien à ce site (hauteur de chute de 150 m, 4 MW de puissance garantie). Si on prend la courbe de rendement standard d'une telle turbine, on obtient un rendement d'au moins 90 % pour des débits se situant entre 60 % et 100 % du débit de conception (débit maximum).
- Pour produire 4 MW avec une hauteur de chute de 150 m, un rendement de turbine de 90 %, des pertes hydrauliques de 5 %, un rendement de génératrice de 95 %, des pertes dans le transformateur de 1 %, et d'autres pertes parasites d'électricité de 1 %, il faut un débit d'environ 3,4 m³/s. En ajoutant un débit résiduel de 0,1 m³/s, le débit garanti doit donc être de 3,5 m³/s.
- Si on considère que 3,4 m3/s correspond à 60 % du débit de conception, cela veut dire que ce dernier doit être de 5,7 m³/s.
- Pour déterminer le volume du réservoir nécessaire en amont de la centrale avec l'objectif de garantir un débit minimum de 3,4 m³/s, il convient de modifier la courbe de débits classés de manière à ce que l'aire sous cette courbe soit toujours la même que celle de l'écoulement naturel de la rivière. On trouvera ci-bas un exemple de modification de la solution.
- Le reste de l'analyse RETScreen peut être réalisé en utilisant les données fournies et la méthode d'évaluation des coûts par formule, en n'oubliant pas de multiplier par 2 le coût des équipements d'énergie renouvelable, pour répondre aux exigences du client qui veut un deuxième groupe turbine-alternateur en réserve.
Projet réel
Résultats
Le projet hydroélectrique de la rivière Jiujiedai se situe dans le comté de Ruchen de la province de Hunan, en Chine. Ce projet s'est réalisé en moins de 3 ans et devrait être rentable au plan financier. La centrale électrique a une capacité de 6,3 MW (avec une turbine et une génératrice additionnelle de 6,3 MW en secours) et sa production annuelle d'électricité est de 51,37 millions de kWh. Le barrage modeste qui a été construit, et le réservoir qu'il crée, ont causé peu d'inondations sur le territoire et provoqué un déplacement minimal de résidents.
Description du système
Ce projet comprend un tunnel à basse pression de 3 377 m de long et de 3 m de diamètre, ainsi qu'une conduite forcée en acier de 486 m et de 2 m de diamètre intérieur. Le système de dérivation d'eau comprend une vanne de prise d'eau située à 30 m du barrage. Une cheminée d'équilibre dont le diamètre intérieur est de 6 m se trouve à 53 m de la sortie du tunnel.
Le barrage en béton forme une voûte à simple courbure dont la hauteur maximale est de 26 m et la longueur de crête de 69,5 m. L'épaisseur du barrage est de 4 m à la crête et de 7,9 m à la base. Une partie du barrage est un déversoir.
Il y a deux centrales électriques, une principale et une de secours. Le système de commutation se trouve dans la centrale de secours.
Une ligne électrique de 5,7 km de long en 110 kV raccorde le projet au poste électrique de Wenmin. C'est à partir de ce point que l'électricité alimente le réseau de Chenzhou, via la ligne de transport de 110 kV de Denman.
Leçons à tirer
Le potentiel hydroélectrique en Chine représente environ 18 % du potentiel total à travers le monde. Le potentiel hydroélectrique qui pourrait être développé avec des petites et des moyennes centrales est estimé à 139 GW. La plupart de ces sites se trouvent dans les vastes régions montagneuses qui s'étendent sur 70 % du territoire de la Chine et sont occupées par 56 % de sa population. Les ressources abondantes en eau pourraient assurer l'électrification rurale, basée sur le développement de petites centrales hydroélectriques. Entre 1984 et 1992, 160 millions d'habitants ont pu bénéficier de l'électricité à laquelle ils n'avaient pas accès auparavant. 58 % de ces nouveaux consommateurs, soit 93 millions de personnes, sont alimentés en électricité d'origine hydraulique. Les petites centrales hydroélectriques font partie intégrante du développement économique et social de ces régions montagneuses. En 2000, la capacité totale de toutes les petites centrales hydroélectriques installées en Chine était de 30 GW et ces dernières produisent annuellement environ 100 TWh d'électricité. Le savoir-faire chinois dans le secteur des petites centrales hydroélectriques ne sert pas uniquement au développement de l'électricité en Chine; il est également exporté vers d'autres pays.
Photo
Centrale hydroélectrique, Hunan, Chine
Références
Résultats
Le projet hydroélectrique de la rivière Jiujiedai se situe dans le comté de Ruchen de la province de Hunan, en Chine. Ce projet s'est réalisé en moins de 3 ans et devrait être rentable au plan financier. La centrale électrique a une capacité de 6,3 MW (avec une turbine et une génératrice additionnelle de 6,3 MW en secours) et sa production annuelle d'électricité est de 51,37 millions de kWh. Le barrage modeste qui a été construit, et le réservoir qu'il crée, ont causé peu d'inondations sur le territoire et provoqué un déplacement minimal de résidents.
Description du système
Ce projet comprend un tunnel à basse pression de 3 377 m de long et de 3 m de diamètre, ainsi qu'une conduite forcée en acier de 486 m et de 2 m de diamètre intérieur. Le système de dérivation d'eau comprend une vanne de prise d'eau située à 30 m du barrage. Une cheminée d'équilibre dont le diamètre intérieur est de 6 m se trouve à 53 m de la sortie du tunnel.
Le barrage en béton forme une voûte à simple courbure dont la hauteur maximale est de 26 m et la longueur de crête de 69,5 m. L'épaisseur du barrage est de 4 m à la crête et de 7,9 m à la base. Une partie du barrage est un déversoir.
Il y a deux centrales électriques, une principale et une de secours. Le système de commutation se trouve dans la centrale de secours.
Une ligne électrique de 5,7 km de long en 110 kV raccorde le projet au poste électrique de Wenmin. C'est à partir de ce point que l'électricité alimente le réseau de Chenzhou, via la ligne de transport de 110 kV de Denman.
Leçons à tirer
- En amont du projet, se trouve un autre barrage hydroélectrique avec un réservoir de dimensions moyennes d'une capacité de 15,2 millions de m³ qui régularise la rivière et donc l'approvisionnement en eau de ce projet.
- Les centrales hydroélectriques ont de longues durées de vie et un grand nombre d'entre elles fonctionnent depuis plus de 50 ans, toujours avec de bons rendements.
Le potentiel hydroélectrique en Chine représente environ 18 % du potentiel total à travers le monde. Le potentiel hydroélectrique qui pourrait être développé avec des petites et des moyennes centrales est estimé à 139 GW. La plupart de ces sites se trouvent dans les vastes régions montagneuses qui s'étendent sur 70 % du territoire de la Chine et sont occupées par 56 % de sa population. Les ressources abondantes en eau pourraient assurer l'électrification rurale, basée sur le développement de petites centrales hydroélectriques. Entre 1984 et 1992, 160 millions d'habitants ont pu bénéficier de l'électricité à laquelle ils n'avaient pas accès auparavant. 58 % de ces nouveaux consommateurs, soit 93 millions de personnes, sont alimentés en électricité d'origine hydraulique. Les petites centrales hydroélectriques font partie intégrante du développement économique et social de ces régions montagneuses. En 2000, la capacité totale de toutes les petites centrales hydroélectriques installées en Chine était de 30 GW et ces dernières produisent annuellement environ 100 TWh d'électricité. Le savoir-faire chinois dans le secteur des petites centrales hydroélectriques ne sert pas uniquement au développement de l'électricité en Chine; il est également exporté vers d'autres pays.
Photo
Centrale hydroélectrique, Hunan, Chine
Références
- Damodaran, Prof V.K., Directeur de projets, « Communications personnelles », UNIDO International Centre for Small Hydro Power, Hangzhou.
- Parthan, Binu K., « Communications personnelles », IT Power India, 2002.
