Présentation orale

INTRO :

-         Je vais vous parler de la conversion de l’énergie hydraulique en énergie électrique en prenant comme modèle le barrage de la Rance, barrage qui ferme la baie de la Rance, installé en 1966, reliant Dinard à Saint Malo. Il est composé de 24 groupes bulbe de puissance unitaire 10 MW et dont le rendement avoisine les 90%.

-         Pourquoi ce sujet ? J’ai une maison située juste à côté et j’y passe très régulièrement. Il y avait plein d’angles d’attaque possibles (résonance des marées, envasement, influence sur le trafic… etc.) mais dans le contexte actuel (baisse des stocks des énergies fossiles, augmentation des prix, problèmes liés au danger du nucléaire…) on se doit d’exploiter au mieux les ressources naturelles. La mer est un réservoir colossal d’énergie.

-         Une des caractéristiques du site, est d’être le lieu d’importantes marées ce qui induit d’importantes variations de débit. Ce qui m’amène à me demander :

PROBLEMATIQUE : Malgré de très grandes variations de débit, comment optimiser le rendement d’une turbine ?

ANNONCE DE PLAN :

I – Variations importantes de débit sur le site

II – Influence du débit sur le rendement d’une turbine

III – Optimisation du réglage des pales : loi de l’incidence en fonction du débit

I – Variations importantes de débit sur le site

-         Rapide présentation du groupe bulbe : diamètre 5,35m / ailettes de distribution / alternateur alimenté sous 3,5 kV / puissance de 10MW / 4 pales d’incidence réglable -5° à +35°

-         Différences de hauteur d’eau très variables. Hmin = 3m Hmax=13.5m

-         Lien débit hauteur (Q = S  )  

-         à intervalle de débit : 127m³/s ≤ Débit ≤ 271 m³/s

è   Quel est donc l’influence du débit sur le rendement ?

II – Influence du débit sur le rendement d’une turbine

-         Le rendement d’une hélice est appelé coefficient de puissance : Cp. Il est limité à 59% d’après la Loi de Betz.

-         Description de l’expérience : faire varier le débit pour montrer l’influence sur le rendement. On a pour cela utilisé une pompe à débit variable. Objectif : montrer l’influence du débit sur le rendement d’une turbine.

-         La courbe de puissance montre bien l’existence d’un débit optimal pour une géométrie de pale donnée.

III – Optimisation du réglage des pales : loi de l’incidence en fonction du débit

-         Sur les pales de la turbine Kaplan ont la possibilité de régler l’angle d’incidence. Il s’agit ici de montrer l’intérêt de ce réglage de l’incidence des pales.

-         Dans mes recherches, j’ai découvert le logiciel HELICIEL qui est un logiciel de modélisation. Il permet, après avoir construit notre turbine par exemple d’effectuer des calculs de rendement, de vitesse de rotation optimale, de coefficients de trainée, d’efforts…

-         Après avoir pris contact avec M. IGLESIAS, nous avons trouvé un accord. J’ai obtenu la licence du logiciel en échange de mon travail.

-         J’ai eu la chance de visiter le barrage de la Rance et donc d’obtenir des données précises concernant les pales. La prise en main du logiciel s’est faite assez facilement car HELICIEL est très intuitif. Pas besoin de connaissances poussées dans le domaine de la mécanique des fluides pour pouvoir l’utiliser.

-         La turbine modélisée a un rendement de 55% en considérant uniquement un flux axial.

-         J’ai mis en place une première simulation  dans laquelle, pour un débit donné (réglage des paramètres initiaux), j’ai utilisé le variateur de pas pour faire varier l’angle d’incidence. J’ai relevé, pour chaque angle, le rendement de la turbine. J’ai ensuite tracé le courbe du rendement en fonction de l’incidence, et ce pour trois débits différents. A partir de la courbe obtenue, on peut tirer deux conclusions : il existe un angle optimal de la pale pour un débit donné et cet angle dépend du débit.

-         J’ai donc procédé à une deuxième simulation. J’ai calculé l’angle optimal pour la plage de débit du site du barrage de la Rance. J’arrive ainsi à une loi qui me permet de régler l’angle de la pale en fonction du débit, toujours dans le souci d’optimiser le rendement de la turbine. Grâce à la relation qui lie le débit à la différence de hauteur (Q = S avec Q le débit volumique, S la surface balayée par les pales, g l’accélération de la pesanteur, H la différence de hauteur entre les deux bassins), en mesurant simplement la hauteur d’eau (capteur à ultrason ou flotteur couplé à un potentiomètre) on peut régler en temps réel l’incidence des pales en suivant la loi obtenue par la simulation.

CONCLUSION

            Mon étude m’a permis premièrement de mettre en évidence le problème rencontré au niveau du barrage de la Rance grâce à mon expérience : le débit influe fortement sur le rendement d’une turbine. Et deuxièmement, d’y apporter une solution avec l’aide du logiciel HELICIEL : une loi qui permet de régler l’angle des pales suivant le débit.