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ECOLE NATIONALE DES SCIENCES UNIVERSITE ABDELMALEK APPLIQUEES - TANGER ESSAÂDI

ECOLE NATIONALE DES SCIENCES UNIVERSITE ABDELMALEK APPLIQUEES - TANGER ESSAÂDI MINI PROJET DE L’ENERGIE HYDRAULIQUE Sous le thème Dimensionnement d’un Step hydraulique Spécialité : Génie Eco Energétique et environnement industriel Année universitaire :2020/2021 Encadré par : Mr.KHOUYA Ahmed Réalisé par : AOUAD Hajar BOUSSIR Hiba HABIBI Oissima OULGARGA Oumaima Sommaire Sommaire....................................................................................................................................... 1 Introduction ................................................................................................................................... 3 Chapitre I : Généralité sur le STEP ................................................................................................. 4 1) Définition des stations de transfert d’énergie par pompage ............................................ 5 2) Fonctionnement technique ou scientifique ...................................................................... 6 a. Deux phases : stockage et production........................................................................... 6 b. Modalités d’intervention ............................................................................................... 6 3) Evaluation d’une STEP ....................................................................................................... 7 4) Fonctionnement des groupes turbine-pompe .................................................................. 7 a. Les groupes ternaires .................................................................................................... 7 b. Les groupes binaires réversibles .................................................................................... 8 5) Enjeux par rapport à l'énergie ........................................................................................... 9 a. Rentabilité des installations .......................................................................................... 9 b. Intervention des STEP en fonction des prix de l’électricité ........................................... 9 c. Identification de sites et maintenance des installations ............................................... 9 Chapitre 2 : Etude théorique ....................................................................................................... 11 1) Problématique ................................................................................................................. 12 2) Présentation de notre STEP : Afourer ............................................................................. 13 3) Aménagement ................................................................................................................. 13 a. L’aménagement de la STEP d’Afourer ......................................................................... 13 b. Mode de fonctionnement ........................................................................................... 14 4) Fonctionnement par un champ photovoltaïque ............................................................. 16 5) Données métrologiques de site ....................................................................................... 17 6) Dimensionnement : Logiciel PV syst ................................................................................ 18 Chapitre 3 : Etude économique ................................................................................................... 22 1) Cout d’investissement ..................................................................................................... 23 2) TRI .................................................................................................................................... 25 3) Gain économique ............................................................................................................ 25 4) Gain environnement ........................................................................................................ 25 Conclusion ................................................................................................................................... 26 Liste de figure .............................................................................................................................. 27 Introduction Face au défi environnemental et climatique qui impose impérativement de réduire drastiquement les émissions anthropiques de gaz à effet de serre, CO2 pour l’essentiel, d’ici le milieu du 21e siècle, tous les pays industrialisés, mais également les pays émergents, se sont engagés dans la transition énergétique. Malgré la persistance des énergies fossiles encore majoritaires dans le paysage énergétique mondial et qui le resteront encore durant plusieurs décennies, la part des énergies renouvelables (ENR) ne cesse de croître. Ce mouvement devrait s’accélérer dans les années à venir entrainant notamment la baisse de leurs coûts d’exploitation qui à échéance devrait rejoindre ceux des énergies conventionnelles. L’Agence Internationale de l’Energie (AIE) prévoit dans son rapport de 2012 que le développement des énergies renouvelables au cours des deux prochaines décennies devrait atteindre un niveau tel qu’elles couvriraient 50% des besoins nouveaux en énergie dans le monde à l’horizon 2035. Dans ce contexte, les STEP sont appelées à jouer un rôle de premier plan. Confronté à une demande d’électricité en forte augmentation ces dernières années le Maroc souhaite développer ses capacités de production renouvelables pour atteindre à l’horizon 2030, 42% de son mix énergétique. Le Royaume, disposant d’un fort potentiel hydraulique, compte pour cela sur la filière hydroélectrique afin de renforcer sa production d’énergies vertes et d’augmenter ses capacités de stockage. L’ONEE a notamment a annoncé fin avril 2017 la construction prochaine de deux nouvelles Stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) d’une capacité totale de 600 MW. Chapitre I : Généralité sur le STEP 1) Définition des stations de transfert d’énergie par pompage Les stations de transfert d’énergie par pompage ou « pumped storage power plants » (PSP) sont un type particulier d’installation hydroélectrique. Ces centrales possèdent deux réservoirs situés à des altitudes différentes. Leurs équipements permettent de stocker de l’énergie sous forme potentielle en pompant l’eau du réservoir inférieur vers le réservoir supérieur lorsque la demande est faible ou le coût de l’énergie peu élevé. Inversement lorsque la demande est forte ou le prix du kWh élevé, elles restituent de l’électricité au réseau en turbinant l’eau du réservoir supérieur Figure 1 Step au Maroc Grâce à leur fonction de stockage, ces installations contribuent à maintenir l’équilibre entre production et consommation sur le réseau électrique, tout en limitant les coûts de production lors des pics de consommation. A l’heure actuelle, le transfert d’énergie par pompage hydraulique est la technique la plus mature de stockage stationnaire de l’énergie. Les premières installations utilisant le stockage hydraulique par pompage apparaissent à la fin des années 1890 en Italie et en Suisse. Le stockage d’énergie par pompage a été largement développé dans les années 1970-1990 pour optimiser le fonctionnement des grandes centrales thermiques et nucléaires. De puissantes stations, jusqu'à 3000 MWc de puissance installée, ont été construites dans ce but. 2) Fonctionnement technique ou scientifique a. Deux phases : stockage et production Une STEP est composée d’un bassin supérieur avec une retenue d’eau et d’un bassin inférieur entre lesquels est placé un groupe hydroélectrique réversible, dit « synchrone ». Ce dernier peut fonctionner comme un ensemble pompe-moteur ou turbine-alternateur. En mode pompe-moteur, il consomme de l’électricité pour pomper l’eau du bassin inférieur vers le bassin supérieur. En mode turbine-alternateur, il produit de l’électricité lors du transfert d’eau du bassin supérieur vers le bassin inférieur. Figure 2 Principe de fonctionnement d'une centrale Step Il existe deux sous-catégories de STEP : • Les STEP « pures » fonctionnant en circuit fermé avec un apport extérieur d’eau nul ou négligeable ; • Les STEP « mixtes » qui reçoivent des flux naturels d’eau provenant de l’extérieur(1). Les deux bassins sont alors situés sur un cours d’eau (délimités par des barrages) ou parallèlement à celui-ci. Ils peuvent pomper et turbiner 4 à 5 fois un volume d’eau avant de le restituer au cours d’eau dont il provient. En France, c'est le cas de la STEP de Grand Maison : le débit de l’Eau d’Olle est significatif à la fonte des neiges et participe au remplissage de la retenue amont de Grand Maison et aval du Verney. b. Modalités d’intervention Les STEP peuvent être activées sur des courtes durées (parfois quelques minutes), en tant que capacités électriques d’appoint. Elles consomment plus d’électricité qu’elles n’en produisent et sont activées en dernier recours pour sécuriser le réseau électrique. On distingue les STEP ayant un potentiel d’utilisation : • « Journalier » lorsque les réservoirs disposent d’une capacité de stockage équivalente à quelques heures de production ; • « Hebdomadaire » lorsque les réservoirs stockent un volume d’eau suffisant pour produire de l’électricité en continu durant plusieurs dizaines d’heures. Lorsque la demande d’électricité est faible (et le coût de l’électricité peu élevé, essentiellement d’origine nucléaire), la STEP pompe l’eau vers le bassin supérieur afin de stocker de l’énergie. Lorsque la demande d’électricité est forte (et le coût de l’électricité élevé), la STEP turbine l’eau, exploitant son énergie potentielle due au différentiel d’altitude entre les deux bassins. Elle restitue ainsi de l’électricité sur le réseau. 3) Evaluation d’une STEP Plusieurs paramètres permettent de caractériser les services rendus par une STEP : - l’énergie maximale stockée sous forme d’énergie potentielle de gravité qui est proportionnelle au volume d’eau emmagasiné et à la hauteur de chute et qui varie de quelques GWh à plusieurs centaines de GWh ; - la puissance installée en mode turbinage et en mode pompage, l’évolution allant vers des unités de forte puissance dépassant les 1000 MWc ; - la constante de temps qui est le rapport de l’énergie maximale stockable à la puissance maximale en mode turbinage ;selon le volume de leurs réservoirs, on parlera de STEP journalière si ces volumes ne permettent un fonctionnement que de quelques heures, de STEP hebdomadaire lorsqu’ils permettent un fonctionnement de plusieurs dizaines d’heures en continu ; - le rendement sur un cycle complet qui est le rapport entre l’énergie produite en turbinage et l’énergie consommée en pompage ; - le degré de flexibilité qui est lié aux caractéristiques des pompes et turbines c.à.d. la capacité propre à chaque installation de fournir des services au système électrique pour permettre d’assurer la sécurité des réseaux : réglage de la fréquence, de la tension, adaptation de la puissance. Les STEP pures fonctionnent en circuit fermé avec un apport d’eau négligeable. Les STEP mixtes reçoivent des flux d’eau provenant d’un bassin versant intermédiaire amont ou aval. Les STEP de lac et les STEP marines utilisent un grand lac et la mer comme réservoir inférieur. 4) Fonctionnement des groupes turbine-pompe Les groupes turbine-pompe se répartissent suivant deux types d’architectures : - les groupes ternaires qui regroupent sur un même arbre : une turbine, un alternateur-moteur, une pompe, l’ensemble des machines tournant toujours dans le même sens de rotation ; - les groupes binaires qui regroupent sur le même arbre un alternateur-moteur couplé à une turbine pompe réversible, le sens de rotation en mode pompe et en mode turbine étant inversés. a. Les groupes ternaires Les STEP de première génération étaient équipées de groupes ternaires à axe horizontal, puis l’augmentation des puissances, donc du poids des machines, a nécessité de passer à une disposition à axe vertical. Dans cette configuration la turbine est une Pelton obligatoirement calée au-dessus du niveau aval maximal, sauf à utiliser un dispositif permettant de maintenir l’écoulement libre sous la roue par contre-pression. Quant à la pompe, les conditions de non cavitation nécessitent son enfoncement sous le niveau aval minimal ce qui conduit à une ligne d’arbre de grande hauteur nécessaire à l’empilement des trois machines, uploads/Geographie/ hydroelectricite-projet 1 .pdf