Forum de la petite hydroélectricité

Bonjour,

Par curiosité technique, je me pose la question de savoir quelles solutions techniques d'automatisation et de supervision sont mises en oeuvre dans les petites centrales hydroélectriques. J'en appelle donc aux exploitants ou personnes d'expérience pour faire part de leurs témoignages et retours d'expérience.

Je me permets de distinguer plusieurs niveaux de contrôle automatisé :

Niveau 1 : automatisation : contrôle des organes hydrauliques dans le but de gérer la sécurité, le démarrage, l'arrêt et l'exploitation de l'outil de production (organes hydrauliques, moteur hydraulique, générateur électrique).

Niveau 2 : supervision : suivi de la production, enregistrement des conditions de productions, calculs de statistiques, surveillance de l'outil de production.

Niveau 3 : accès à distance : idem niveau 2, mais à distance, en temps réel.

Pouvez-vous indiquer pour chaque niveau, les solutions employées, s'il y en a ? leurs avantages, inconvénients, besoins supplémentaires non exprimés ci-dessus, etc.... toute information sur le sujet m'intéresse ! :P

Cordialement,

Bonjour,

Niveau 1
- Aucune difficulté, un micro-automate suffit et quelques capteurs : Fins de course directrices ; Vitesse génératrice, éventuellement vitesse turbine si transmission par courroie ; niveau du bief.
Un afficheur multifonction renseigne sur les tensions simples et composées , les intensités, la fréquence, la puissance phase par phase ou totale, éventuellement le facteur de puissance. Prévoir en plus un contacteur de puissance ; 2 ou 3 relais intermédiaires, deux transfos de courant pour l'afficheur.
L'automatisme est dans un coffret, la puissance dans un autre, ou l'ensemble dans une petite armoire. C'est tout.
L'écran de l'automate peut indiquer le niveau de l'eau dans le bief, la position des directrices, les vitesses génératrice et turbine, la mise en éclusée, des alarmes, etc...
Les solutions d'automatisme sont nombreuses, chaque installation est un cas particulier, en particulier pour la commande des directrices (vannage)

L'automate gère l'ensemble. Commande le vannage de la turbine, le couplage au réseau, le graissage si pompe à graisse, gère les défauts et arrête l'installation et alarme si besoin. Pas besoin d'une présence, si ce n'est pour l'entretien (graissage), embâcle à la grille. Lors des crues, tout dépend des installations, une présence est parfois nécessaire.

La gestion du facteur de puissance en fonction des saisons tarifaires - indispensable si vente électricité à ERDF - peut se faire soit à partir d'un ensemble du commerce (standard) ou incorporé dans le coffret puissance. Pas de solution miracle. A voir cas par cas.

De même si raccordement sur le réseau ERDF, prévoir une protection de découplage.
Découple l'installation du réseau si défaut : (Maxi - mini fréquence ou tension, défaut homopolaire)

Se méfier des propositions ou l'on trouve beaucoup de matériel, contacteurs, relais, voyants, etc .. Inutiles dans les installations traitées dans ce forum.

Je ne parle pas de la grille ni du dégrilleur, ni des vannes, sujets qui ont déjà été traités dans ce forum.

Niveau 2
Tout dépend de la puissance installée et du prix que l'on veux y mettre. Difficulté : trouver des gens compétents pour l'installation et surtout la maintenance.
Pour nos petites installations, un suivi de production est à priori inutile. Nous avons de l'eau et nous produisons, sinon on attend qu'il pleuve . . .

Pour une petite installation, un transmetteur téléphonique d'alarme est suffisant pour prévenir d'un arrêt prolongé de l'installation. Prévoir une temporisation pour se mettre à l'abri des coupures de faible durée dues à un incident sur le réseau EDF. Prévoir éventuellement une alarme si le niveau du bief amont est anormal (crue).

Niveau 3
Un enregistrement de la production et d'autres données peut se faire à l'aide d'un vieux PC, d'une imprimante et d'un enregistreur de données "Picolog 1012" - 12 canaux possibles ; enregistrements sur 10 bits - mesures pratiquement illimitées en nombre et dans le temps.
Une solution simple pour surveiller à distance en temps réel est l'installation d'une caméra IP raccordée via un modem sur le réseau téléphonique commuté ou, mieux, sur l'ADSL. Plus rapide, mais superflu. Surveille le multi-afficheur ou mieux l'écran du PC si un enregistreur de données est installé. Une autre caméra surveille la prise d'eau (grille) - plus important.

Une caméras AXIS 2100, par exemple, reliée par modem au réseau téléphonique commuté fonctionne en permanence. Depuis un PC éloigné, sur internet vous appelez le n° de téléphone de la centrale. La connexion d'établi et une vidéo est visible sur l'écran. Depuis le PC, vous pouvez également commander, via une sortie libre de potentiel de la caméra, l'ouverture des vannes de décharge, par exemple. La connexion ne coute rien, puisque c'est vous qui appelez la caméra. Un petit montage, avec un relai temporisé repos, allume l'éclairage lorsqu'il y a un appel téléphonique. La temporisation éteint la lumière ensuite.
D'autres solutions sont possibles, plus sophistiquée. Tout dépend de vos souhaits et du budget que vous voulez ou pouvez y consacrer.
Mais pour nos petites installations, plus c'est simple, moins il y a de matériel, mieux c'est.

CP

Bonjour,
Merci pour cette longue réponse, détaillée et pragmatique. Les solutions que vous identifiez semblent simples et fiables.

Par contre, elles ne permettent qu'une vérification du bon fonctionnement à un instant "t", et pas une remontée d'alerte en cas de coupure réseau, ou autre...

Pour ma part, j'imagine qu'il est possible de développer une solution générique, à adapter au cas par cas, permettant de répondre aux besoins suivants :
- s'interfacer avec des caméras de vidéosurveillance : visualiser l’image, contrôler la caméra et l'éclairage
- enregistrer toutes les informations d'état de la PCH en continu (tensions, courants, vitesse de rotation génératrice, turbine, niveaux d’eau, température, états des capteurs, etc…)
- enregistrer un journal au fil de l'eau des évènements majeurs (coupure EDF, arrêt manuel, défaut détecté, déclenchement du dégrilleur, etc...)
- sauvegarder via internet sur un serveur distant sécurisé l'ensemble des informations relevées par le PC (enregistrement d'état, journal, camera)
- alerter en cas de problème détecté (SMS, mail)
- permettre la lecture à distance de l'ensemble des informations (log, journal, caméra), en pseudo temps réel.
- permettre le pilotage à distance de la centrale (mise en sécurité, déclenchement dégrilleur, etc...).
- permettre l'expertise de problème par dépouillement des enregistrements à posteriori

J'imagine que de telles solutions existent, mais je ne trouve pas de référence, ou de sociétés pouvant les réaliser.

Bonjour,

les solutions techniques d'automatisation et surveillance des PCH n'ont rien de particulier, et sont identiques à celles utilisées dans l'industrie pour la gestion et surveillance de process, ou les stations de captage d'eau potable, etc...

Dès l'instant que vous rapatriez les E/S de votre installation sur un nano automate équipé d'une liaison réseau (type Schneider Zelio, Crouzet Millenium, IMO iSmart, Klockner Moeller Easy, etc...) et que vous ajoutez des caméras IP, éventuellement en Wifi, vous pouvez tout surveiller, exploiter, ou modifier à distance via Internet ou en liaison GSM, avec les précautions d'usage: protection contre les fausses manœuvres et les accès non autorisés.

Vous pouvez aussi ajouter un "data logger TCP IP" local, constitué d'un ancien PC connecté sur le réseau, et qui va tout stocker dans une pile FIFO (premier entré premier sorti), avec un volant de stockage d'une semaine par exemple.

Nota :
E pour entrées : capteurs de niveau, de température, mesure de tension, intensité, fréquence, contacts, liaison série avec le compteur ERDF, etc...
S pour sorties : relais et contacteurs de couplage, dégrilleur, pompes, éclairages, groupe hydraulique, afficheur local, alarme, etc...

Un exemple d'application chez Technic Achat, où j'achète les petits automates IMO très compétitifs, est ici : http://www.technic-achat.com/centrale-h ... r,8,29.cfm (je ne connais pas cette application, exemple donné à titre indicatif)

Les API, capteurs et actionneurs actuels sont en principe de bonne qualité, et si l'ensemble est monté soigneusement (cosses, isolation, étanchéité, protection contre la corrosion, séparation puissance/contrôle pour les couplages EM, utilisation éventuellement de GMOV contre les surtensions, etc...) l'installation est fiable.

La programmation, qui se fait soit en schéma contact soit en blocs fonctionnels, est très facile et ludique actuellement, par rapport à ce qu'elle était sur les premiers April ou SMC d'il y a 20 ans ... Compter quelques heures de programmation et test pour une simple gestion de dégrilleur ou de clapet, mais facilement quelques jours voire semaines pour la programmation d'un API gérant toute une micro centrale, avec en plus les applications PC de suivi et gestion à distance.

Normalement, les installations classiques s'arrêtent en cas de coupure de courant (une électrovanne s'ouvre, et le vannage de turbine se referme par un contrepoids). De même, si l'API lui même plante, on peut normalement valider et régler un "watchdog" interne matériel, qui va stopper l'API et le replacer dans son état de base. Encore faut-il que le concepteur ait prévu que cet état corresponde à un arrêt de l'installation.

Il y a quantités de petites astuces et d'habitudes, tant de câblage que de programmation, concernant par exemple les contacts NO ou NF, que l'on ne choisit pas au hasard, mais de telle sorte qu'en cas de coupure des fils, on passe en sécurité.

Enfin, en cas d'erreur de programmation, il n'y a ni coupure de courant, ni intervention du watchdog, et l'installation peut donc s'emballer ! Une telle erreur de programmation peut n'apparaître que plusieurs jours après la mise en service, seulement dans un contexte particulier, et avoir des conséquences coûteuses.

Pour terminer, la recherche de panne dans un ensemble complexe peut devenir délicate, et demander la présence du concepteur même du programme, avec son matériel de programmation (actuellement un simple PC avec logiciel souvent gratuit). De même pour une modification du fonctionnement.

La programmation est relativement facile à réaliser quand on considère en première approche que tout fonctionne bien, mais cela est une vision superficielle. Dès que l'on va plus dans le détail et que l'on aborde les marches dégradées (grille partiellement colmatée, dégrilleur coincé, vannage de turbine bloqué à la fermeture par un morceau de bois, capteur analogique délivrant une information hors plage, coupure d'un fil, etc...), les forçages (arrêt et mise en sécurité, redémarrage après défaut, forçage local d'un mouvement pour test, etc...), ou les phases de test, les algorithmes se compliquent.

Pour nos très petites centrales, objet de ce forum, des coffrets (avec ou sans nano automate) indépendants et simples, gérant l'un le dégrilleur, l'autre un clapet, un troisième la régulation de la turbine, etc... sont simples à réaliser, apportent beaucoup de flexibilité, et simplifient la maintenance, qui peut alors être réalisée par n'importe qui.

Une centralisation est possible, mais il faut se méfier des usines à gaz que l'on a spontanément tendance à imaginer, et cerner ce dont on a réellement besoin, éliminer le superflu, rechercher les solutions les plus simples, efficaces, fiables, économiques, documenter son travail pour ceux qui suivront et utiliseront le matériel, minimiser et faciliter la maintenance.

Simple point de vue personnel, une fois de plus !

Cordialement

dB-)

Bonsoir,

Une remontée d'alerte est possible et facile, indiquée dans ma réponse au niveau 2 : un simple transmetteur d'alarme, alimentée via une batterie 12 ou 24 V suffit.

La batterie, en charge permanente via un chargeur "intelligent", est en secours pour le transmetteur, le modem et la caméra.
Attention, les tensions d'alimentation ne sont pas forcément les mêmes pour ces différents appareils.
Se solutionne facilement à l'aide de petit régulateurs électronique de tension des séries 7809 ; 7812 ; 7815 - régulateurs de tension fixe - ou avec des LM317,
régulateurs ajustables + quelques condensateurs et résistances.
Des schémas de branchement se trouvent facilement sur internet. Encore faut-il savoir ou vouloir se servir d'un fer à souder. Valent moins d'un € pièce.

Autre solution, infiniment moins élégante, brancher les alimentations de ces appareils sur un onduleur. Le rendement de l'onduleur et des petites alimentations secteur n'est pas très bon, on y perdra très largement en autonomie. Et si on souhaite une longue autonomie, il faudra un gros onduleur - couteux à l'achat et à l'entretien.

Réaliser l'ensemble des fonctions souhaitées est parfaitement réalisable, mais sort largement du cadre de ce forum consacré aux petites installations.

Une question à se poser : Quelle est la puissance installée dans la centrale ?
S'il y a quelques MW installés, il se peut que vous ayez besoin de toutes ces informations. Et vous n'aurez aucune difficulté à trouver des entreprises pour installer et surtout vendre du matériel. Mais il y aura une facture à la clef.

Ayant visité, il y a quelque années, la centrale de Revin dans les Ardennes, gérée par EDF, le matériel de transmission et télécommande, depuis le centre de gestion de la production hydraulique à Lyon, occupait une pièce entière et de mètres de racks ... Sans compter le bureau d'où l'on pouvait reprendre la main en cas de problème.

CP

Merci pour ces réponses !

Je ne connaissais pas technic-achat, le site est très bien et les prix compétitifs. Allez hop, dans les favoris ! merci !

Etant moi-même informaticien-automaticien, mais pas dans le domaine de l'hydroélectricité, je pense que je réaliserai moi-même l'installation de ma future centrale, en suivant vos conseils : des solutions simples et modulaires : un coffret-nano-automate par organe (vanne, dégrilleur, turbine/réducteur/génératrice), reliés par un bus de terrain à un PC industriel superviseur exécutant un logiciel de supervision de ma conception, répondant aux besoins énoncés plus haut :

- s'interfacer avec des caméras de vidéosurveillance : visualiser l’image, contrôler la caméra et l'éclairage
- enregistrer toutes les informations d'état de la PCH en continu (tensions, courants, vitesse de rotation génératrice, turbine, niveaux d’eau, température, états des capteurs, etc…)
- enregistrer un journal au fil de l'eau des évènements majeurs (coupure EDF, arrêt manuel, défaut détecté, déclenchement du dégrilleur, etc...)
- sauvegarder via internet sur un serveur distant sécurisé l'ensemble des informations relevées par le PC (enregistrement d'état, journal, camera)
- alerter en cas de problème détecté (SMS, mail)
- permettre la lecture à distance de l'ensemble des informations (log, journal, caméra), en pseudo temps réel.
- permettre le pilotage à distance de la centrale (mise en sécurité, déclenchement dégrilleur, etc...).
- permettre l'expertise de problème par dépouillement des enregistrements à posteriori

Il ne me reste plus qu'à concrétiser mon projet de rénovation en cours... et ce n'est pas là le plus simple ! :roll:

tutlegrand a écrit : Niveau 1 : automatisation : contrôle des organes hydrauliques dans le but de gérer la sécurité, le démarrage, l'arrêt et l'exploitation de l'outil de production (organes hydrauliques, moteur hydraulique, générateur électrique).

Niveau 2 : supervision : suivi de la production, enregistrement des conditions de productions, calculs de statistiques, surveillance de l'outil de production.

Niveau 3 : accès à distance : idem niveau 2, mais à distance, en temps réel.

Bonsoir tutlegrand,

No problème, je vous conseille de vous raprocher de cette ste ER3i
(http://www.er3i.fr/), mais il faudra y mettre le prix (60 000 euros pour ma centrale de 200 kW).

CDLT

Bonjour,

heureusement, il est aussi possible d'automatiser et superviser efficacement une micro centrale (quelques kW à quelques dizaines de kW) pour beaucoup moins que 60 k€ (je dirais presque dix fois moins ...)

Mais pour diverses raisons, les prix en hydroélectricité sont anormalement élevés !

Demandez par exemple un devis de chaudronnerie pour une tôle carrée horizontale renforcée de cornières, destinée à obturer une cuve à lisier. Comparez ensuite avec le devis de la même tôle, mais verticale, et présentée comme une pelle de vanne, et vous verrez !

Même chose en fonderie, usinage, électrotechnique, automatisme, etc...

Ma foi, si ça marche comme ça, et que tout le monde est content !

Cordialement

dB-)

Bonsoir,

Justement NON, Je ne suis pas content de me faire "traire" au motif que j'ai une micro-centrale et que le contrat H07 va me permettre de m'enrichir. D'une part la centrale , on ne me l'a pas donnée, et par ailleurs je ne vois pas le rapport entre le coût du travail de l'entreprise et le fait que cela va me rapporter de l'argent.

=> Si on suit cette logique, on devrait donc payer plus cher le litre d'essence si c'est pour aller gagner son croûte au boulot que si c'est pour aller se promener !!

Exemple perso: un clapet 9,5m x 1,40 en 1999 devis des "PRO" (ceux de la liste) de 260 000 frs à 540 000 sans vérins ni centrale hydraulique, ni montage et une simple protection au brai époxy.

Ma solution par le biais d'un atelier de chaudronnerie à qui j'ai fourni des plans => moins de 50 000 frs avec vérins et centrale, et le tout galvanisé à chaud.

Bon j'arrête là, car ce n'est pas le bon post ( milles excuses DB) mais pour moi ce genre de forum devrait plus être le lieu d'échanges de solutions techniques, d'adresses d'artisans déconnectés de la mini hydro ou d'artisans raisonnables ( il y en a) plutôt qu'une vitrine de ce qui se fait de plus cher ( même si cela marche) ce qui n'est d'ailleurs pas toujours le cas.

Cela dit chacun trouve son plaisir ou il veut, certains vont bien au boulot en Porsche Cayenne !

Bonjour,

tout à fait d'accord avec Ticapix, mon précédent message était un mélange entre réalité et humour, et peut-être pas suffisamment clair.

J'ai travaillé des années en milieu industriel sur des grands projets (chantier Abu Dabi sorti du sable, refroidissement du LHC au CERN), je travaille actuellement par choix personnel et par passion sur des projets beaucoup plus modestes, à taille humaine : rénovation de micro ou pico centrales hydroélectriques, production d'électricité dans des moulins, conception et réalisation de 'moutons à 5 pattes' pour l'industrie, maintenance d'installations comportant des produits obsolètes, etc...

J'ai remarqué que les prix pratiqués en hydroélectricité sont anormalement élevés, du moins pour le domaine que je connais, celui des puissances de quelques dizaines à quelques centaines de kW. Cela est probablement dû au fait qu'il s'agit d'un marché assez fermé et verrouillé, et qu'une rénovation de centrale suppose quantité d'interventions différentes : formalités administratives, génie civil, manutention, mécanique, électrotechnique, automatisme, ...

Certains investisseurs ne sont pas techniciens, et ont juste une vision financière: ils sont demandeurs d'une solution clés en main, que propose les intervenants. Le prix facturé est (à mon avis) ajusté vers le haut, en fonction d'une étude de rentabilité qui est réalisée dans le cas le plus favorable, et en oubliant quelques détails (location de compteurs ERDF par exemple). Ceci permet des marges très confortables.

Quand je voulais dire 'tout le monde est content', c'est pour indiquer que dans certains cas, un acheteur peut être satisfait d'une telle solution payée très cher, si en contrepartie, il n'a eu aucun soucis de rénovation, et qu'il a ensuite des revenus réguliers et conformes à l'étude.

Dans d'autres cas, un acheteur peut avoir le sentiment de s'être fait avoir, mais il ne va pas le crier sur les toits, et préférera dire qu'il est content !

Par contre, quantité de micro ou pico centrales (dont la mienne) ne seraient absolument pas rentables s'il fallait investir les sommes démesurées demandées par quelques sociétés spécialisées : il faut alors des connaissances, trouver les informations (d'où ce forum), de la ténacité, et chercher les artisans locaux (maçons, chaudronniers) ou même distants (tourneurs, fraiseurs, électriciens, automaticiens) qui pourront réaliser les travaux à un coût normal !

Pour revenir au sujet précédent, et pour donner un exemple, je réalise actuellement la mise en place d'une production autonome d'électricité pour un client (rénovation et modification de la turbine, des vannes, du multiplicateur, alternateur, coffret de puissance et automatisme) : la partie électrotechnique et automatisme va à l'essentiel : gestion du vannage de la turbine par vérins et groupe hydraulique, surveillance de fréquence du courant produit, 1 bouton M/A, 1 voyant OK, 1 voyant défaut, nano automate, protections électriques, etc... Elle coûte quelques milliers d'Euro, bien loin des 60 k€ évoqués plus haut. Le prix de la rénovation complète de l'installation, pour ce chantier particulier, est de 1€/kW électrique produit (il était de plus de 6€/kW sur plusieurs devis que j'ai pu consulter).

Je ne condamne personne, je ne mets aucune société au pilori, il faut simplement que les propriétaires de petites centrales abandonnées sachent qu'il est aussi possible de rénover et d'automatiser à un coût très raisonnable !

dB-)