Calcul de puissance

1. Puissance disponible

Cette puissance est la puissance disponible par le cours d'eau. Pour la déterminer, il est tout d'abord nécessaire de connaitre le débit maximal turbinable et la hauteur de chute.

La visite de terrain nous a permis d'avoir une première estimation de ce débit à l'aide de la méthode du flotteur. Cette méthode consiste à mesurer le temps parcouru par une balle en plastique à travers un volume défini. Il est nécessaire de placer le flotteur en amont de la première mesure afin que celui-ci est atteint la vitesse du cours d'eau. 

Le mesure du débit maximal turbinable est effectuée au niveau de la prise d'eau, avant la grille, lorsque la turbine est en fonctionnement :


Figure 1. Méthode du flotteur

La méthode du flotteur nous permet d'obtenir un débit Q égal à 0,76 m3/s.

Suite à la visite de terrain, des précisions sur les caractéristiques de la turbine ont été apportées  (documents de référence de la turbine installée) :

  • débit maximal de la turbine égal à 0,68 m3/s ;
  • hauteur de chute égale à 1,6 m.

Notre mesure de terrain de débit est donc relativement proche de la valeur donnée dans les caractéristiques de la machine. La valeur de débit de référence a été ensuite conservée dans nos calculs. 

L'étude hydrologique de la Vouzance permet de déterminer la courbe des débits turbinables classés. Cette courbe donne les puissances disponibles par la relation :

Pdisponible = ρ * g * Q * H

avec :

  • ρ, la masse volumique de l'eau, égale à 1 kg/l ;
  • g, le champ de pesanteur, égal à 9,81 m2/s ;
  • H, la hauteur de chute, égale à 1,6 m.

​​On a également :

Pdisponible max = ρ * g * Qmax * H = 10,7 kW

La courbe des débits turbinables classés et des puissances disponibles classées est donnée ci-dessous :


Figure 2. Évolution des puissances et débits classés

 

2. Puissance installée

La puissance installée est la puissance en sortie de turbine. Elle se base sur la puissance disponible et prend en compte les caractéristiques de la turbine. Sa définition est donnée ci-dessous:

Pinstallée ​= η​turbine * Pdisponible

Les documents de référence de la turbine installée précisent que le rendement maximal est égal à 80%. Ainsi,

Pinstallée max = 0,8 * Pdisponible max = 8,5 kW

Le "Guide pour la réhabilitation des moulins hydrauliques en vue de la production d'électricité" précise la courbe de rendement théorique d'une turbine Francis ancienne en chambre d'eau. A partir de cette courbe, 8 plages de rendements ont été définies afin d'approximer et de déterminer le rendement pour chaque débit mesuré.

Avec Qrel = Qmesuré / Qmax

Ci dessous, la courbe de rendement :


Figure 3. Courbe de rendement de la turbine

 

Les rendements ainsi déterminés permettent de définir la courbe des puissances installées classées présentée ci-dessous :

Figure 4. Évolution de la puissance installée