Bonjour,
en réponse à KW12 :
1) cette turbine CF2-20/15 (CF pour crossflow, 2 pour nouvelle gamme, et 20/15 pour la roue inox de diamètre primitif 200 et de largeur 150) est conçue au départ pour délivrer environ 42 kW à l'arbre sous 35 m de chute nette, d'où la taille des paliers, le diamètre d'arbre, la tôle de 10 à 15, le châssis et le poids ...
Pour 12 m de chute nette, on la fabriquerait de sorte qu'elle prenne environ 70 l/s et donne environ 6 kW à l'arbre à 750 tr/min, pour là aussi entraîner en direct une génératrice asynchrone ou un PMG.
Noter que la similitude permet de dégrossir les calculs, mais il faut aussi prendre en compte l'inclinaison des aubes de la roue, qui peut être légèrement modifiée pour optimiser le fonctionnement à telle ou telle vitesse de rotation, et les pertes en frottement aux presse-étoupes, quasi constantes (donc non linéaires), et qui diminuent le rendement en petite puissance. D'une façon générale, en petites installations, je privilégie l'entraînement direct (montage plus compact, moins de bruit, moins de danger, pas d'entretien, pas d'usure), quitte à perdre quelques % de rendement en décalant le point de fonctionnement de la turbine, plus quelques % de rendement en génératrice asynchrone basse vitesse (une génératrice asynchrone 500 ou 600 tr/min a un moins bon rendement qu'une génératrice 1500 tr/min).
Remarque : la gamme va jusqu'à plus de 1 MW à l'arbre, avec des diamètres de roue de 200 à 500 combinés à des largeurs de 100 à 500, en une seule section, ou deux sections 1/3 et 2/3.
2) Sinon, pour alimenter une PAC, une turbine "accrochée" au réseau n'aura évidemment aucun problème, elle "s'appuie" sur le réseau.
Si l'installation est autonome, il faut distinguer plusieurs cas :
- la turbine entraîne une génératrice asynchrone excitée par des condensateurs : pour alimenter le compresseur d'une PAC, il y a deux solutions, soit calculer les condensateurs d'excitation de la génératrice pour qu'ils fournissent en plus du réactif au compresseur de la PAC (et gérer alors au moins deux étages de condensateurs, pour ne pas sur-exciter la génératrice en cas de délestage sur ballast résistif), soit compenser directement à ses bornes le moteur de la PAC pour s'approcher d'un cos Phi de 1 (et dans ce cas il n'y a pas de variation de fourniture de réactif, que la PAC soit enclenchée ou pas). Les remarques ci-dessous sur le "rapport de forces" sont aussi valables, donc les problèmes se superposent ! Cela reste faisable, mais c'est une véritable usine à gaz que je déconseille !
- la turbine entraîne un alternateur brushless auto-régulé en tension : là il faut voir le "rapport de forces" entre l'alternateur et le compresseur de la PAC, le type de régulation de l'alternateur (ancienne régulation électro-magnétique, régulation électronique analogique en tension pure, ou variante compound, ou encore régulation numérique et ses différents réglages), ainsi que la sensibilité de la régulation de la PAC aux baisses de tension et fréquence : si on a pas assez de marge de puissance, au moment où on enclenche la PAC, la turbine ralentit (*) et il y a au moins une chute de fréquence, éventuellement une chute de tension si on sort de la plage de régulation de l'alternateur : si la PAC n'aime pas, elle va se déclencher, donc la turbine ré-accélère, puis la PAC se ré-enclenche, et ça part en yoyo (ou autre). Une solution est d'utiliser une PAC à "inverter" (démarreur statique), qui démarre en douceur et quasiment sans sur-intensité. J'ai par exemple un client qui fait tourner une PAC réversible type split à inverter, à partir d'une petite turbine PowerPal Turgo à génératrice asynchrone, montage C-2C et régulation par ballast, prenant environ 10 l/s sous 32 m et délivrant environ 1700 W en monophasé 230 V 50 Hz (photos ci-dessous).
Petite Turgo 10 ls 32 m.jpg
Petite Turgo 10 ls 32 m b.jpg
Excitation C-2C et régulation.jpg
(*) On peut aussi charger en permanence la turbine par un ballast géré par un gradateur : au moment où la PAC démarre, le gradateur déleste "instantanément" le ballast, et la turbine ne ralentit pas. Solution que je réalise aussi, encore faut-il utiliser la chaleur produite par le ballast, sinon c'est du pur gaspillage d'énergie.
- la turbine entraîne un PMG : la tension du PMG n'est pas modulable, elle dépend directement de sa vitesse de rotation. On est presque dans la même configuration qu'un alternateur brushless qui sort de sa plage de régulation de tension (je dis presque parce que les comportements dynamiques des deux alternateurs sont différents). Il faut tout prendre en compte avant de se lancer, sous peine de déboires.
3)
c'est toujours interdit de se verrouiller sur le réseau sauf contrat de vente
Non non non ! Il est vrai que des petites installations sont parfois "accrochées" au secteur sans déclaration (elles ne font souvent que diminuer la consommation de courant du logement, sans vraiment injecter sur le secteur), mais il est tout à fait possible de se raccorder officiellement au secteur, en signant un document avec ERDF, et sans aucun contrat de vente, ni compteur d'injection et soutirage supplémentaire, il faut juste que l'installation comporte une protection de découplage, et à ma connaissance, ERDF ne demande pas de document prouvant l'autorisation d'exploiter l'énergie hydraulique. Je n'ai pas trop le temps de rechercher le document officiel, mais je le placerai en ligne à l'occasion. Simplement dans ce cas, comme il n'y a pas de contrat de vente, vous ne pouvez que diminuer ou annuler votre consommation de courant, une éventuelle injection sur le réseau n'est pas rémunérée.
Si vous le souhaitez, vous pouvez vendre votre production, que ce soit l'excès ou la totalité (deux contrats différents), et à ce moment là il faudra installer un ou deux compteurs (injection, soutirage), mais l'acheteur (EDF ou autre) vous demandera votre autorisation d'exploiter l'énergie hydraulique.
4)
on tolère des réinjections d'un courant de mauvaise qualité, plein d'harmoniques
A ma connaissance, les choses ont évolué, et les onduleurs pour injection réseau (les autres aussi d'ailleurs) sont maintenant soumis à des normes de compatibilité CEM plutôt sévères, comme la directive EN 61800-3. Pour pouvoir être vendus largement dans le monde, les produits industriels standards (*) répondent à toutes les normes et sont extrêmement fiables.
(*) C'est ceux que je préfère utiliser, ils sont souvent vendus à plusieurs dizaines de milliers d'exemplaires, économiques, et disponibles partout, contrairement aux cartes ou aux produits spécifiques à tel ou tel constructeur ou turbine.
Il est exact qu'avec un variateur ou un onduleur certains câblages peuvent véhiculer des harmoniques à fréquence élevée, il importe alors d'utiliser des câbles blindés et reliés à la terre (il est possible que certains installateurs fassent l'impasse sur ce surcoût).
Je prépare actuellement l'installation d'une turbine hélice ouverte à axe horizontal prenant 1200 l/s sous 4.80 m de chute nette, avec distributeur réglable, que je ferai fonctionner en vitesse variable avec un PMG de 45 kW @ 600 tr/min, suivi d'un variateur industriel 4 quadrants pour injection réseau : le variateur (japonais) est très compact, environ 70 cm de haut par 50 de large, il comporte en interne ses propres bobines de lissage, les filtres anti-parasites, dU/dt et sinus, il n'est guère plus coûteux qu'une armoire classique, et infiniment plus souple et communiquant : tout est paramétrable, un vrai jouet ! Surcharge possible de 150% pendant une minute, 200% pendant 0.5 s, ...tout est protégé et surveillé. Je placerai des photos dès que j'aurai terminé et essayé. Je ne dis pas que c'est la panacée, je fais ça pour moi, pour m'amuser, globalement ça me revient beaucoup moins cher qu'une Kaplan double réglage, et je dois pouvoir descendre à environ 25% de débit avec toujours un assez bon rendement.
Turbine hélice 1200 ls 4.80 m 45 kW 600 rpm.JPG
Turbine hélice en vitesse variable.png
C'est ce qu'obtient un de mes clients avec une turbine hélice ouverte vendue il y a 4 ans, distributeur réglable, courroies, génératrice asynchrone et variateur Leroy Somer.
dB-)