Généralités sur les turbines et calculs

[dB-)]

Bonjour,

votre installation n'est pas si mal que ça, et au moins vous avez identifié le point faible !

Beaucoup de turbines achetées d'occasion (et parfois même des neuves) tournent avec un mauvais rendement, sans que personne n'ait effectué les vérifications que vous avez faites, et comme le souligne Gilles, le problème est ici plus le sur-dimensionnement de la turbine, et son mauvais distributeur (véritable hachoir à veine d'eau), que la vitesse spécifique.

Allez, un flash de pub

Pour cette chute et ce débit, une solution serait en effet de placer une petite turbine Crossflow, avec génératrice directement en bout d'arbre : plus de transmission, plus de bruit ni d'entretien, danger moindre, meilleur rendement à charge nominale et à charge partielle.

Par exemple :

- une turbine Crossflow Powerpal CF2-20/25, environ 146 l/s sous 12 m, 14.5 kW à l'arbre à 750 tr/min, avec sa génératrice asynchrone 15 kW 750 tr/min 400 V tri, directement en bout d'arbre, environ 13 k€ H.T.

- ou une CF2-20/23, environ 117 l/s sous 12m, 9.2 kW à l'arbre à 750 tr/min, avec sa génératrice asynchrone 11 kW 750 tr/min, environ 10 k€

Turbine Crossflow et génératrice en bout d'arbre.png

Exemple de crossflow.jpg

Remarque : pour la puissance brute de l'eau, utiliser simplement P(W) = H(m) * Q(l/s) * 9.81

Cordialement

dB-)

[KW12]

Bonjour à tous,

Bonjour Gilles21 et Db-)

on avait déjà parlé sur ce fil de la Crossflow et vous m'aviez donné pas mal de renseignements notamment inverser l'axe parce que le sens d'origine ne m'arrange pas pour mon local.
La commande de régulation avec le petit volant serait je pense adaptable à ma régulation.
C'est vrai que cette turbine est intéressante peut être je craquerai! je suis en pleine réflexion...
Un couplage direct du générateur est également un plus, par contre concernant la photo s'agit-il d'un alternateur asynchrone ou d'une génératrice genre moteur? auquel cas sa pose des problèmes en autonome, de plus rendement ??

Il est vrai que beaucoup ne se préoccupent pas du problème de rendement sur les petites installation c'est pour cela que j'ai mis la procédure D'essais sur un PDF afin d'en faire profiter à d'autres.
Avant d'équiper un site on à intérêt à bien analyser les débits et le matériel qu'on va installer.
Je me suis fait piéger par deux choses, une baisse de débit très importante des ruisseaux au cours des 30 dernières années, et avoir acquis une machine faites soit disant pour du 100 l/s nominal alors que ce n'était pas le cas, c'est 300L/s.
Cette machine marche très bien aucun ennui sur 25 ans mais elle à soif beaucoup soif !!

Bon après midi.
Cordialement.
KW12.

[CF21]

Bonsoir KW12

Joli travail de mesure du débit par la méthode du déversoir, merci de le partager.

Sur la vitesse spécifique, il y a une courte synthèse dans la partie documentaire du forum, et sans doute beaucoup de choses en faisant une recherche.

[dB-)]

Bonsoir,

@KW12 : sur les photos ce sont des génératrices asynchrones, mais on peut aussi utiliser des alternateurs.

dB-)

[KW12]

Bonjour à tous,

Bonjour CF21,
Bonjour dB-),

Merci CF21 pour ces explications présente sur le forum concernant l'explication de cette Ns je suis en train de potasser j'avoue que c'est complexe.
Ce qui m'interpelle est, si on en croit les courbes de rendement des Francis que les Francis à faible Ns aurait un bien meilleur rendement en faible charge contrairement aux Francis à Ns élevé ce qui est important.
Par contre je crois comprendre que cette Ns est lié aux caractéristiques de la roue et que l'on n'y peut rien.

Ok dB-), pour la Génératrice il s'agit d'un moteur donc rendement et fonctionnement en autonome pas bon.
A investir il faudrait au moins que je puisse avoir un rendement net à 1/2 charge tout compris de 70 %, je pense que ce chiffre est atteignable avec un alternateur asynchrone du type que j'ai (ACT 1610 M Leroy sommer) Hélas en 750 tours attention à la facture.
Quand au PMG ils sont hors de prix.
Tout cela est à étudier coût d'investissement et avenir de la météo dans notre département.

Bonne journée
Cordialement.
KW12.

[CF21]

Merci CF21 pour ces explications présente sur le forum concernant l'explication de cette Ns je suis en train de potasser j'avoue que c'est complexe.

La notion n'est pas simple au début (et même après le début ).

La vitesse spécifique correspond au départ à un calcul des constructeurs, pour éviter le tâtonnement au cas par cas. En vertu des lois de similitude géométrique et cinématique, on peut prendre une petite turbine étalon, ou turbine de référence, développant 1 CV sous 1 m, et regarder sur le banc d'essai à quel nombre de tours par minute elle développe son meilleur rendement. Le sommet de cette courbe de rendement du modèle réduit selon la vitesse de rotation sera la fameuse Ns.

Comme vous le dites, cette Ns est une propriété de la machine : on ne peut pas la modifier. On peut simplement choisir la turbine d'occasion dont la Ns s'approche de son projet selon le débit Q et la hauteur H réels du site que l'on veut équiper. Les Francis ont des Ns plutôt lentes par rapport aux Kaplan et aux hélices.

Dans votre cas d'une turbine sur-dimensionnée, une solution hypothétique à turbine non changée serait de vendre à EDF avec un tarif 5 composantes en produisant uniquement en éclusée, aux heures de pointe (quand le kWh est racheté très cher), et avec un débit se rapprochant des 300 l/s le temps du turbinage (à condition que la réserve d'eau se reconstitue assez vite pour turbiner régulièrement à ce débit, par exemple tous les jours de la période hiver pendants deux heures). Mais pas simple, on en a parlé, il faut toute la paperasse d'un contrat EDF-OA, le Consuel, l'accord pour un usage en éclusée (même si là, les débits sont vraiment faibles), etc. tout cela pour une puissance qui restera très modeste et qui est mieux adaptée à contribuer à l'autonomie énergétique du site.

[dB-)]

Bonjour,

la vitesse spécifique n'est pas si complexe que ça, mais il y a au moins 4 façons de la calculer, selon les normes et époques ...

Petit tableur ci-dessous pour une approche facile, depuis les roues jusqu'aux turbines hélice rapides, en passant par les Fontaine.

Vitesse spécifique.xls

Remarque : j'avais déjà placé sur le forum cet autre tableau, qui montre le lien entre le rapport des surfaces d'entrée et sortie de la turbine et la vitesse spécifique

Turbines vitesse spécifique et surfaces.xls

Enfin, j'ai bien dit une génératrice asynchrone, et non pas un moteur asynchrone : si la théorie est la même, la technologie de ces deux types de machines est différente, l'une étant optimisée en génératrice et l'autre en moteur. Faire une recherche sur le forum, le sujet a déjà été abordé. Chacun fait ce qu'il veut, personnellement je préfère monter chaque fois que cela est possible une "vraie" génératrice.

Alternateurs : les prix de PMG ne sont pas exorbitants, voir les offres de T&A par exemple.

dB-)

[PERRET]

Bonjour,

Pour cette puissance, à mon avis, il n'y a que deux solutions financièrement acceptables.

- 1 : Alternateur auto-régulé 1500 t/mn. Possibilité de fonctionnement autonome avec raccordement sur votre installation domestique ou uniquement utilisation pour le chauffage. Couplage de l'alternateur sur le réseau ERDF à proscrire totalement. Seuls paramètres à réguler : la vitesse de rotation et, éventuellement, le niveau du bief.

- 2 : Génératrice asynchrone 750 ou 1000 t/mn (moteur). Raccordement discret sur votre installation domestique. Couplage automatique ou manuel à la vitesse de synchronisme. Si la transmission est par courroie, la vitesse où s'effectue le couplage n'est absolument pas critique. Paramètres à surveiller : le niveau de bief, la vitesse de rotation pour avoir un couplage automatique et découplage si l'on fonctionne en deçà de la vitesse de synchronisme. Proscrire totalement la présence de condensateurs.

Dans les deux cas :
Prévoir une commande du vannage (des directrices ou tout autre système).
La gestion de l'automatisme par micro-automate est infiniment préférable (simplification du câblage, coût peu élevé des automates).

Si, parfois, la solution de l'alternateur basse vitesse entraine une simplification de la transmission, l'avantage est largement compromis par les coûts annexes : prix de l'alternateur, nécessité d'un onduleur dont la durée de vie, si elle s'est améliorée, n'est nullement comparable à celui d'une génératrice ou d'un alternateur auto-régulé moderne.

Petite installation sympathique sur le Vilpion : Fonctionne en autoproduction depuis une trentaine d'années.

Gercy - 114.JPG

Gercy - 111.JPG

Gercy - 113.jpg

[Ticapix]

Bonsoir,

Petite mise au point s'impose car je me rends compte que beaucoup associent alternateurs à aimants permanents et électronique or cela est en partie faux

En effet, il existe deux façons radicalement différentes d'utiliser les aimants permanents

1) Avec une électronique de puissance type redresseur suivi d'un onduleur, c'est je dirais la façon industrielle d'utiliser les alternateurs à aimants permanents ex: Fernand ( notre ami Belge) la VLH, les éoliennes,les offres Leroy somer, Bernard et Bonnefond............. L'idée est de partir d'un alternateur fabriqué en série (question de rentabilité industrielle), puis grâce à l’électronique de puissance adapter la vitesse à chaque utilisation.
L'avantage est d'abord pour l'industriel qui avec un matériel identique est capable de répondre à une gamme de vitesse assez large, la seconde c'est un système capable de répondre à une demande de vitesse de rotation au tours près (intérêt ????) Mais c'est aussi la seule façon économique de procéder dès que l'on recherche une très basse vitesse de rotation ex roue de Moulin, éolienne, VLH.
L'inconvénient à mon avis, c'est la présence de l'électronique et les pertes engendrées par le système de conversion.

2) Sans aucune électronique de puissance comme un alternateur bobiné classique. La seule différence est qu'il n'y a pas d'excitation à régler car celle-ci est fixe car réalisée par les aimants.
Le principal avantage par rapport à un alternateur classique, est qu'il est plus facile de faire un alternateur multipolaires avec des aimants,c'est à dire avec un grand nombre de pôles, pour atteindre des vitesses pouvant descendre jusqu'à 50 tours/min qu'avec des pôles bobinés ( plus lourd, plus cher, plus gros)
Le prix est directement proportionnel au nombre de pôles. Un alternateur 1500 tours comporte 4 paires de pôles alors qu'un alternateur à 250tours en comporte 24 paires.

Sur le plan économique, je dirais qu'il est plus intéressant de passer par l'électronique de puissance en dessous de 125 tours/min et de passer en direct sans électronique au dessus.


Au final ceux sont deux technologies très différentes bien qu'utilisant le même type d'alternateurs.

Cdt

TG

[KW12]

Bonjour à tous,

Merci en bloc à tous pour tous ces conseils qui sont les bienvenus pour moi qui suis loin de connaître toute les ficelles de la petite hydro électricité.
Concernant la Ns je suis en train d'essayer de comprendre cette histoire de rapport de surface Entrée sortie concernant la roue.
Quand on parle de surface de sortie je pense que dans mon cas avec un diamètre sortie de 0,28 m c'est:
3.14 X 0,280/2^2 soit (0,14 m x 0,14 m) x 3,14 = 0,06154 m2 ? ou je me trompe?
Pour l'entrée je suis en train d'étudier je n'ai pas compris encore?

Concernant le meilleur choix:
Je pense que la vente EDF n'est pas valable avec une production qui à tout casser irait à 15000 KWH AN, sauf si on arrive à obtenir un pur échange donnant donnant sans contrainte d'impôts et d'inscription aux commerce ceci pour des puissances annuelles de
20 000 KWH ( on en prend pas le chemin)

Vu mon cas sauf évolution de l'état sur la valorisation des petites installation hydro.
Je pense qu'il vaut mieux rester en autonome, hélas avec les contraintes que cela implique.
C'est pour cela que, avec un débit raplapla je dois faire en sorte d'avoir un rendement élevé mini 0,7 voire 0,8 si possible quitte à choisir un débit éclusée raisonnable limité.
Continuer à charger des radiateurs accu hélas à des prix exorbitants.
Si j'ai du 20 l/s (grand froid hiver) je tourne 5 Heures à 100 L/s soit 41 KWH envoyé sur radiateurs accu.
Tout cela doit être étudié de façon minutieuse.
Concernant l'électronique je suis d'accord pas besoin d'ajouter encore une contrainte de plus pour un alternateur qui tourne à 750 tours.
Merci, et bonne journée à tous les membres et lecteurs du forum.
Cordialement.
KW12.