Généralités sur les turbines et calculs

[le montagnard]

bonsoir

pour apportter un peu d'eau a votre moulin

je suis plutot un adepte de deux machines en 1/3 2/3
pour plusieurs raisons

meilleur rendement de la generatrice a bas débit
en cas de panne on tjs une machine en fonctionnement
souplesse d'utilisation

mais chacun a ses preferences

bonne soirée a vous

[HGT]

Bonsoir,

Je suis d'accord à 200% avec le montagnard.

Slts

[CF21]

Donc :

- pour le Tenot indiqué par Ticapix, je n'ai pas réussi à retrouver la page dans les volumes d'origine (si c'est bien le traité en 3 ou 4 volumes). Je ne dois pas avoir la bonne référence car dans les pdf de Tenot que j'ai chargés ici, toutes les figures sont numérotés linéairement dans les volumes et la figure 9 (=extrait de Ticapix), située dans le vol I, p. 18, ne correspond pas.

Cela m'intéresserait d'avoir tout le chapitre pour voir s'il y a des formules expliquant comment l'on passe de Ns --> marche à vide.

- j'ai retrouvé le fascicule PACER qui donne les Qa et les rendements Qe/Q (mais des courbes seulement). Il ne donne pas en revanche l'hélice simple. D'après l'autre courbe donnée (celle de RdL, venant de http://www.esru.strath.ac.uk) comme d'après celle de Tenot-Ticapix (qui donne 2 hélices fixes à Ns différents), leur rendement s'effondre assez vite quand elles ne sont pas à quasi-pleine charge.

**

Mon objectif est de mesurer (de manière approchée) le revenu du site concerné à différentes hypothèses.

Au-delà, j'aimerais trouver le temps cet été de programmer une petite appli qui automatise le calcul (pour des courbes-types de turbines, ou vis, ou roues). Avoir des courbes à peu près représentatives du marché permet de faire une fonction approchée et de l'appliquer au listing des débits classés.

Même si l'on dit que la Kaplan DR est la meilleure, ce qui est le cas au regard de la courbe des rendements (pour H assez élevé), cela ne permet pas de calculer le Qe optimal. Sur une rivière qui va de 100 litres/s à 20 m3/s, avec les tarifs hiver/été différents à prendre en compte, il y a forcément un débit qui maximise le revenu toutes choses égales par ailleurs, mais ce débit n'est pas si facile à déterminer.

Par ailleurs, la Kaplan DR coûte cher : c'est toujours intéressant de voir le nombre d'années nécessaires pour rentabiliser le différentiel de prix par rapport à un choix plus simple (et tous les propriétaires n'ont pas le budget pour une DR, donc dans ce cas, il faut se creuser la tête).

Bien sûr, c'est le constructeur qui calculera le mieux (ou un BE solide qui a dans son ordi les données constructeurs), mais comme le serpent se mord la queue, le constructeur / BE fera une étude détaillée si le projet est déjà engagé, et le projet sera engagé si le propriétaire a au préalable une idée réaliste des revenus.

**

La solution à plusieurs turbines a été envisagée pour le site que j'étudie… Pour les petites puissances sur des rivières irrégulières, ce n'est pas absurde du tout, surtout que le régime hydrologique est devenu bizarre depuis 10-15 ans (quand on a 7 mois de suite à 10-20% du module, on doit être content d'avoir une petite hélice prévue à pleine charge en petit débit).

[MHEC]

Re-bonsoir,

Par ailleurs, la Kaplan DR coûte cher : c'est toujours intéressant de voir le nombre d'années nécessaires pour rentabiliser le différentiel de prix par rapport à un choix plus simple (et tous les propriétaires n'ont pas le budget pour une DR, donc dans ce cas, il faut se creuser la tête).

Pas de soucis la réponse est ici:
http://dbhsarl.eu/forum/viewtopic.php?f ... loto#p6344

Si vous trouvez mieux, je vous rembourse 2 X la différence !

PV

[BLax]

Bonsoir,

Quelques remarques très personnelles et peut être pas très objectives (je viens d’acquérir une petite centrale de 100 kW, mais je travaille également dans un BE en hydraulique (et donc je fais un peu d’hydroélectricité, mais sur du 1-10 MW)).

Pour ma part, demander au constructeur de fixer le débit d’équipement ne me semble pas une bonne solution:
Mettez vous à sa place… :
1) il n’est pas payé pour ça, ne va pas investir trop de temps
2) il risque d’être tenté de s’adapter à sa gamme, voir d’un peu surdimensionner pour vendre une machine plus grosse…
3) Il va connaître vos prévisions de CA, et donc ce que vous pouvez mettre… bref, il risque d’adapter son prix en fonction (entre-nous, c’est de bonne guerre, il faut bien qu'il fasse du bénéfice sur certains projets pour financer ses R&D, etc…)
4) Surtout, il n’a pas le temps pour, dès le début, de regarder l’ensemble de l’aménagement ! Il regarde juste la turbine… mais pas les conséquences sur les pertes de charges, les variations de niveaux amont-avals, etc… ce n’est pas son cœur de compétence !

Pour moi, avec un constructeur sérieux, c’est surtout ce quatrième point qui est problématique…

De mon expérience, surtout si la chute est faible, le choix du débit d’équipement est également fortement influencé par d’autres paramètres tel que : les pertes de charges dans les installations, les implications sur le GC, les variations des niveaux dans les rivières, la balance environnementale,…

Bref, pour ma part, je fais mon petit tableau Excel paramétrable qui, pour un débit d’équipement et une configuration donnée, me calcule pour toute la gamme de débit de la rivière :
-Les niveaux dans la rivière,
-Les différentes pertes de charges
-Les différents rendements
-Et au final, la puissance correspondante.

Ensuite, j’applique ces formules pour la série de donnée et j’obtiens les CA moyens théoriques pour différentes configurations… ( à noter que je préfère travailler sur les X ans de données que sur du classé 1 an, ça me permet de mieux voir le CA des années sèche et le choix tarifaire ( fixe ou été-hivers), les MQ,...)

Pour la partie économique, en première approche, j’estime sérieusement les coûts de la variante de base (disons 5-6000h de fonctionnement), puis pour les débits plus élevés, les gains de CA théoriques calculés me permettent de déterminer l’investissement supplémentaire que je peux consentir…
Ensuite je compare ces montants au surcoût d’investissement qu’implique l’augmentation de débit, et je trouve une première approximation du débit d’équipement idéal… ça suffit souvent pour la phase faisabilité !

Pour estimer les surcoûts, c’est clair que pour un BE, l’expérience et les offres reçues dans d’autres projets aident beaucoup…
Mais pour un Quidam, je pense que de bonnes approximations peuvent être réalisées avec les différents prix qui se trouvent sur cet excellent forum et l’application de formule logique basée sur la physique (voir la remarque de DB sur http://dbhsarl.eu/forum/viewtopic.php?f ... asse#p9037 , le manuel de l’ESHA(http://www.esha.be/publications/publications.html), etc… )

Ça donne une bonne première approche… on voit si le projet vivable, on sent mieux où on peut gagner des kW…Ensuite, quand on est sur de ce qu’on veut, c’est le moment d’aller voir les fournisseurs qui optimiseront surement votre solution …

Pour infos, dans pas mal de BE, pour les rendements et encombrement, on utilise http://www.turbnpro.com/ ce qui nous permet de nous donner une bonne idée sur les rendements et le GC qu’on peut attendre…

Pour finir, en ce qui concerne la vrai Kaplan… J’approuve totalement que cette turbine est le top du top du point de vue conversion d’énergie… Par contre, il ne faut pas oublier que par rapport à une Francis, l’axe sera souvent plus bas, ce qui implique plus de GC, un aspirateur plus compliqué, et des risques accrus d’inondations… sans parler du prix… parfois le montant du surcoût de la turbine pour gagner quelques % est bien plus efficaces dans la chasse aux pertes de charges… bref, j'aime les Kaplans DR, mais je préconise parfois des Francis....

Sur ce, bonne continuation,

BLax

[dB-)]

Bonjour,

intéressant ce sujet, si, si !!

Pour ceux qui aiment bien Excel et bidouiller des petits curseurs façon DJ afin de mettre les turbines en musique

choix turbine.JPG

- ci-dessous un tableau écrit avec mes petits (?) doigts pleins de cambouis
- il permet de déterminer facilement la meilleure combinaison de turbines pour équiper un site
- il est basé sur les courbes de rendement de turbines, indiquées en référence ci-dessous
- vous ne pouvez modifier que les cases bleues, et ça tombe bien ce sont celles qu'il faut modifier

Exemples de résultats :

1) pour faire plaisir à MHEC, la courbe de rendement obtenue avec une seule Kaplan :

1 turbine Kaplan.jpg

La classe, plus de 80% de rendement de 20 à 100% du débit ! Mais en petite puissance (quelques kW à quelques dizaines de kW) quand même cher (quand le matériel existe).

2) Pour faire plaisir à HGT et au Montagnard, la courbe de rendement avec deux Crossflow 1 tiers / 2 tiers

2 turbines Banki.jpg

Là on descend encore plus bas en débit, toujours avec un bon rendement, mais le rendement global est à peine plus bas.

3) Enfin, pour me faire plaisir, la courbe de rendement avec 2 turbines Hélice (à vitesse constante) en 1 tiers et 2 tiers

2 turbines Hélice.jpg

Bon, ne me dites pas qu'il y a un creux et que ça chute à très bas débit, je le sais ! Mais la courbe globale est quand même tout à fait honorable, pour un coût de matériel faible comparé aux autres solutions.

L'utilisation du tableau est simple : vous complétez les cases, et vous bidouillez les curseurs pour obtenir la meilleure courbe de rendement possible !

Combinaison turbines V1.xls

Document ressource :

Courbes de rendement.JPG

Attention, le tableau ne vérifie pas que le type de turbine choisi est bien adapté à votre site, il permet simplement d'ajuster les puissances respectives de 2 turbines déjà choisies en fonction du site ! (exemple : ne pas mettre une Pelton sous 2 m de chute ...)

Cordialement

dB-)

[CF21]

Blax : merci des infos. Je ne connaissais pas TurbnPro. Cela a l'air très bien, mais 650 $, gasp C'est pour cela qu'il faudrait bricoler un programme libre, pour le quidam.

Ok pour le constructeur, à qui on ne peut demander le Qe (pas sa spécialité, conflit d'intérêt, etc.), alors plutôt le BE en effet. (D'aileurs, n'hésitez pas à me signaler votre BE en MP si vous faites des petits sites dans les 100 kW, car j'espère qu'il y aura bientôt un marché pour vous!)

Oui à des "formules logiques basées sur la physique", justement, faut trouver les bonnes formules et l'ordre logique de leur application. (Le meilleur moyen est sûrement de se planter lourdement, ce que je m'apprête à faire consciencieusement, pour apprendre )

Didier : c'est super! Cela va me donner une base pour appliquer aux débits classés. (Pour info aux lecteurs, le fichier ne tourne pas bien sur un Excel Mac, les curseurs sont figés ; mais si on l'ouvre avec le classeur Open Office sur Mac, cela fonctionne bien ; sur PC aussi je suppose, pas essayé).

C'est quoi le symbole omega que l'on voit sur les courbes (image Document ressource)? J'ai fouillé ma mémoire des omegas déjà croisés (impédance, vitesse angulaire… ) mais pas trop vu à quoi cela correspondait ici, de 0,11 pour une Pelton à 3,36 pour une Kaplan.

MHEC : comme Gilles le disait dans la discussion que vous mettez en lien, c'est sûrement une question de seuil (seuil de puissance, pas le seuil en rivière). Déjà, des Kaplan DR pour des petits débits / petites chutes, cela ne court pas les rues. Et parfois les constructeurs eux-mêmes vous le déconseillent (pour le site que j'étudie, le représentant Ossberger a directement proposé une Banki alors que je lui demandais des infos sur leurs Kaplan DR, il a apparemment considéré que cela ne valait même pas le coup de sortir la Roll's Royce ; THEE n'a jamais répondu vu qu'ils étaient dans la mouise ; une solution d'importation est-européenne ou asiatique est douteuse vu que c'est un site communal avec AO, marché public et tralala si cela se fait, pas trop le genre à prendre des risques sur du matos hors UE).

Sinon, j'ai vu à plusieurs reprises mentionné le problème du coût du GC lié aux Kaplan (Blax en parle ci-dessus, Pascal70 l'avait évoqué de mémoire dans un comparatif avec les VLH). J'avoue que je n'ai pas bien compris ce paramètre, en quoi l'aspirateur-diffuseur d'une Kaplan DR est particulier et implique de coûteuses dispositions constructives ? Sur quels critères de décision cela s'intègre dans un calcul de rendement sur 20 ans (en approximation)?

[dB-)]

Bonsoir,

le Omega majuscule est probablement la vitesse spécifique de la turbine, exprimée dans un autre système d'unités

Pour toutes les courbes on a Ns = 194 * Omega

dB-)

[moulino51]

Bonsoir,

le Omega majuscule est probablement la vitesse spécifique de la turbine, exprimée dans un autre système d'unités

Pour toutes les courbes on a Ns = 194 * Omega

dB-)

Ce ne serait pas le nq ?


Gé

[MHEC]

Bonsoir,

Je suis absolument d'accord avec vous, Gilles et nicKO ont parfaitement bien résumé la situation, chaque site est particulier, 2 sites à l'identique ça n'existe pas sur le territoire national il faudra bien adapter la machine en fonction.

Pour résumé, pour réhabiliter une centrale hydroélectrique, on peut dire qu'il y a trois cas particulier:
1e) Vente à ERDF: Site rentable (amortissement du matériel neuf < 10 ans), l'installation sera avec du matériel neuf et du clé en main (Kaplan DR, semi-Kaplan, VLH) .
2e) Vente à ERDF: Site non rentable (amortissement du matériel neuf > 10 ans ), l'installation sera réalisée avec du matériel d'occasion et pas trop cher (Francis et autres…) et obligation de mettre les mains dans le cambouis.
3e) Autoconsommation: Comme le 2e).

Pour ma part, demander au constructeur de fixer le débit d’équipement ne me semble pas une bonne solution:
Mettez vous à sa place… :
1) il n’est pas payé pour ça, ne va pas investir trop de temps
2) il risque d’être tenté de s’adapter à sa gamme, voir d’un peu surdimensionner pour vendre une machine plus grosse…
3) Il va connaître vos prévisions de CA, et donc ce que vous pouvez mettre… bref, il risque d’adapter son prix en fonction (entre-nous, c’est de bonne guerre, il faut bien qu'il fasse du bénéfice sur certains projets pour financer ses R&D, etc…)

C'est juste mon avis personnel, je suis passé par là et je ne suis pas tout à fait de votre avis et ce, pour plusieurs raisons:
1e) Il ne faut pas prendre les constructeurs de turbine pour des imbéciles, ces professionnels peuvent savoir à l'avance exactement le futur CA de son Client. Le Client peut toujours faire jouer la concurrence afin de connaître le prix exact de sa future machine comme moi en 2004: VIRY et THEE.
2e) Le Client fera attention que la puissance de la nouvelle machine soit en cohérence par rapport à son titre administratif. Même un Client lambda qui ne connaît rien en hydroélectricité peut vérifier cela par exemple, si l'administration autorise une puissance de 150 kW, en aucun cas le constructeur ne pourra lui en vendre une de 200 !!!. Sans faire l'Avocat du diable, le suréquipement existe et selon les constructeurs c'est uniquement à la demande du Client et non l'inverse.

4) Surtout, il n’a pas le temps pour, dès le début, de regarder l’ensemble de l’aménagement ! Il regarde juste la turbine… mais pas les conséquences sur les pertes de charges, les variations de niveaux amont-avals, etc… ce n’est pas son cœur de compétence !

Pour moi, avec un constructeur sérieux, c’est surtout ce quatrième point qui est problématique…

Ce n'est pas une question d'être sérieux ou pas, les constructeurs de turbine ne sont pas responsable des pertes de charges par contre, ils peuvent vous les évaluer, il suffit juste de leur demander c'est assez rare qu'ils refusent puisque de toute façon, ils sont obligés de venir sur site pour prendre les cotes pour adapter la nouvelle machine.

Pour finir, en ce qui concerne la vrai Kaplan… J’approuve totalement que cette turbine est le top du top du point de vue conversion d’énergie… Par contre, il ne faut pas oublier que par rapport à une Francis, l’axe sera souvent plus bas, ce qui implique plus de GC, un aspirateur plus compliqué, et des risques accrus d’inondations… sans parler du prix… parfois le montant du surcoût de la turbine pour gagner quelques % est bien plus efficaces dans la chasse aux pertes de charges… bref, j'aime les Kaplans DR, mais je préconise parfois des Francis....

Je ne comprends pas très bien

Ci-dessous, une vue en coupe d'une Kaplan DR:

THEE_genie-civil_gros-plan.pdf

http://4.bp.blogspot.com/-xW8IrhA_DYA/T ... happes.jpg
- C'est une turbine à axe vertical et sa roue est beaucoup plus haute par rapport à une Francis donc, par obligation, elle est moins sensible aux crues.
- Son aspirateur (une partie métallique et une autre en béton) je n'ai pas souvenir que cela pose problème.
- Le volume du GC est un peu plus important que l'installation d'une VLH c'est ce qu'a dit Pascal70 et je confirme, les techniques sont différentes, cela va de soi, cela n'est pas un argument pour ne pas installer une Kaplan DR.
- Si vous préférez la Francis c'est votre choix, moi je la déconseille sur un site rentable.

Bonne soirée.

PV