L’hydroélectricité est la source d’énergie renouvelable la plus utilisée dans le monde. Générateurs hydroélectriques sont largement disponibles, les plus grandes étant utilisées pour les centrales hydroélectriques, situées dans des réservoirs et des barrages, jusqu'aux plus petites utilisées pour des applications domestiques et rurales. Cet article propose des conseils pour sélectionner les générateurs hydroélectriques les plus adaptés à vos besoins.
Table des matières
Projections du marché mondial des générateurs hydroélectriques
Une introduction aux générateurs hydroélectriques
Types de turbines hydroélectriques
Un aperçu de la gamme de générateurs hydroélectriques disponibles
Réflexions finales
Projections du marché mondial des générateurs hydroélectriques
Le marché mondial des générateurs hydroélectriques connaît une bonne croissance à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 6.8 % sur la période de 10 ans allant de 2022 à 2032. En 2022, la valeur marchande était de 137.6 milliards de dollars, grandissant jusqu'à 264.41 milliards de dollars dès 2032.
La part de marché est dominée par le grands systèmes fixes de centrales hydroélectriques à 63 %, Au cours systèmes portables plus petits à 37 %, même si les systèmes plus petits devraient connaître une croissance plus rapide à un CAGR de 7.8%.
L’Asie-Pacifique est en tête de l’utilisation actuelle et de la croissance projetée du marché, la Chine étant le plus grand producteur d’énergie hydroélectrique basée sur de grands barrages. Les petits systèmes connaissent une croissance dans le monde entier en raison de l’intérêt croissant pour les sources d’énergie renouvelables. Les systèmes plus petits sont légers et faciles à installer dans des endroits tels que les fermes et les petites exploitations pour compléter d'autres sources de production d'énergie.
Une introduction aux générateurs hydroélectriques
Les civilisations utilisent le pouvoir de l’eau depuis plus de 2000 ans. À l'ère moderne, plus de 70 % de l'électricité mondiale est produite par l'hydroélectricité, ce qui en fait de loin la source d'énergie renouvelable la plus utilisée dans le monde.
Les générateurs hydroélectriques utilisent la force de l’eau qui coule pour produire de l’électricité. Pour ce faire, ils font passer l’eau à travers les pales du ventilateur d’une turbine. Les pales agissent comme une hélice pour faire tourner un arbre métallique, qui fait ensuite tourner un moteur. Le moteur génère de l'énergie électrique. La taille de la turbine et le débit de l’eau déterminent la quantité d’électricité produite.
L'écoulement de l'eau est obtenu grâce à quelques méthodes d'écoulement direct :
- L'eau est libérée à partir d'une source captive, comme dans un réservoir, ou à partir du débit naturel d'une cascade ou d'une rivière. De cette manière, la gravité est la principale force qui entraîne l’eau à travers la turbine.
- L'eau est redirigée depuis une autre source pour s'écouler à travers la turbine. Ceci est souvent créé en canalisant une masse d’eau plus grande, telle qu’une rivière, dans des canaux et des tuyaux de plus en plus petits. Ce processus peut générer des pressions élevées pour pousser à travers les aubes de la turbine.
- L'eau est pompée vers le haut vers une installation stockée, telle qu'un réservoir, qui libère ensuite cette eau pour qu'elle s'écoule vers le bas par gravité dans la turbine. Cette méthode nécessite de l’énergie pour pousser l’eau vers le haut, elle est donc plus efficace lorsque des sources d’énergie renouvelables sont utilisées pour créer cette énergie.
Le schéma ci-dessus de Société de technologie Forster de Chengdu montre un exemple de centrale hydroélectrique située près d'un réservoir, utilisant un écoulement d'eau par gravité à travers la turbine de la centrale électrique.
L’utilisation d’eau provenant de sources naturelles fait du générateur hydroélectrique une énergie renouvelable, mais le principe est en réalité le même pour la production d’électricité à partir de combustibles fossiles. Les centrales électriques au charbon utilisent le charbon pour chauffer l’eau afin de créer de la vapeur, qui est ensuite forcée à travers la turbine.
Le barrage des Trois Gorges, qui enjambe le fleuve Yangtze en Chine, est la plus grande centrale hydroélectrique au monde, avec 32 turbines de 700 mégawatts (Mw) et deux autres générateurs de 50 Mw qui alimentent la centrale elle-même.
Les générateurs hydroélectriques d'une capacité inférieure à 5 kilowatts sont couramment utilisés dans les fermes, les petites exploitations et les petites industries, ainsi que dans les utilisations d'énergie hors réseau ou hybrides. Pour les générateurs de 5 kilowatts et plus, l’application peut inclure l’alimentation en énergie de petites communautés, d’industries rurales et de besoins agricoles plus importants.
Types de turbines hydroélectriques
Les turbines hydroélectriques génèrent leur énergie à partir de la combinaison de la pression et du débit de l'eau. La pression, ou la force de l'eau, est déterminée à partir de la hauteur de la source d'eau, appelée « hauteur ». Le débit de l'eau est à la fois le volume et la vitesse de l'eau.
Il existe différents types de turbines, adaptées à différents types de hauteur de chute et de débit d'eau. Les deux principaux types sont la réaction et l’impulsion.
Turbines à réaction leurs pales de turbine sont entièrement situées dans le flux d'eau et sont tournées lorsque l'eau s'écoule sur les pales, toutes les pales étant en contact avec le débit d'eau. Les types de pales de turbine utilisés comprennent l'hélice (comme pour une hélice de bateau), Kaplan (pales réglables), cinétique (directement à partir du flux) et Turbine Francis (comme les pales d'un moteur à réaction). Le type de pale de turbine est choisi en fonction de la hauteur et du débit de l’eau, chacun ayant ses avantages. La plupart des turbines à réaction sont utilisées pour des hauteurs de chute inférieures et des débits plus élevés, bien que les turbines Kaplan conviennent également pour des hauteurs de chute élevées.
Turbines à impulsion génèrent leur énergie à partir du flux d’eau, pour déplacer la roue (coureur). Avec les turbines à impulsion Pelton, seule une partie de la roue est en contact avec l'écoulement de l'eau (imaginez une roue hydraulique dans un moulin). À mesure que le flux fait tourner le canal, chaque nouvelle lame entre dans le flux et le mouvement continue. Les turbines Pelton fonctionnent bien pour les hauteurs de chute élevées et les faibles débits. Les turbines à flux transversal permettent l'écoulement sur une partie plus large de la roue de la turbine, capturant le débit à l'entrée et à la sortie. Ceux-ci fonctionnent bien pour les débits très élevés et les eaux de faible hauteur.
Un aperçu de la gamme de générateurs hydroélectriques disponibles
Les grandes centrales hydroélectriques du monde entier sont généralement situées sur les grands fleuves et sur les réservoirs, avec de grands générateurs hydroélectriques spécialement construits en conséquence, capables de 500 mégawatts et plus. Pour les petites applications, telles que la production d'électricité en milieu rural, les systèmes agricoles et industriels hors réseau, générateurs de grande taille sont disponibles à la commande en ligne.
Cette section examine une sélection parmi la large gamme de générateurs hydroélectriques qui peuvent être achetés « dans le commerce » et suggère certaines des applications à considérer.
Générateurs de grande taille
Lorsque la capacité de production dépasse 1 mégawatt (1000 XNUMX kilowatts), la quantité d’énergie produite dépasse les besoins typiques d’une petite ferme ou d’une maison, de sorte que leur utilisation est plus adaptée aux applications industrielles et à l’alimentation électrique des communautés rurales sur ou hors réseau. Ces grands générateurs hydroélectriques seraient installés à proximité ou sur une source d’eau à proximité, comme une rivière, un lac ou un petit réservoir. L'eau peut être fournie directement par gravité, mais elle est plus probablement pompée ou redirigée à partir d'une source proche.
Générateurs de plus petite taille
En dessous d'une capacité de 1 mégawatt, les petits générateurs hydroélectriques pouvant produire entre 5 et 500 kilowatts et plus conviennent parfaitement aux petites exploitations agricoles et aux grands logements hors réseau. Ils sont susceptibles d’être situés près de petites rivières et de grands ruisseaux où le débit d’eau est constant pour assurer la fiabilité de la production d’électricité.
Microgénérateurs hydroélectriques
D'une capacité inférieure à 5 kilowatts, les microgénérateurs hydroélectriques sont très petits, portables et faciles à installer pour les maisons et villages hors réseau, les petites fermes rurales et les industries artisanales. Ils peuvent être installés au niveau des cours d’eau, avec un débit facilement redirigé via la tuyauterie fournie.
Modèles éducatifs
Il existe un certain nombre de modèles de démonstration de générateurs hydroélectriques disponibles en ligne. Ceux-ci sont conçus pour être utilisés en classe de sciences afin d’éduquer les étudiants en sciences sur le fonctionnement de l’hydroélectricité.
Réflexions finales
Les générateurs hydroélectriques utilisent un débit d’eau constant pour produire de l’électricité. Leur échelle peut aller de centrales électriques multi-générateurs pouvant produire plus de 20,000 XNUMX mégawatts à de petits kits domestiques ne pouvant produire plus d'un kilowatt. Les grands générateurs répondent aux besoins des pays qui peuvent utiliser la production d’électricité à grande échelle. Les petits générateurs sont de plus en plus populaires pour les besoins en énergie hors réseau, les petites productions d'électricité en milieu rural et pour ceux qui aiment les énergies renouvelables.
En choisissant le bon générateur hydroélectrique, l'acheteur aura déjà une idée claire de l'application probable, qu'il s'agisse d'un réservoir ou d'un grand plan d'eau, ou d'un petit ruisseau rural. L'emplacement et la puissance prévue sont les principales considérations, avec une décision secondaire sur le type de turbine le mieux adapté à la pression (hauteur) et au débit de l'eau.
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