Soutenance mémoire
THÉMATIQUE
Thématique générale
De nouvelles énergies renouvelables (NER) comme le solaire et l’éolien sont de plus en plus au goût du jour. Ces énergies produisent de manière intermittente. En effet, elles sont directement liées aux conditions météorologiques. Il faut, par exemple, suffisamment de vent pour produire de l’électricité avec une éolienne. De plus, l’énergie électrique est difficilement stockable à grande échelle. Les jours de grands vents ou de soleil intense, la production apparaît trop importante. On peut alors être confronté à un surplus ou à un manque d’énergie que l’hydroélectrique est capable de combler, contrairement aux productions de ruban. La mise en fonction d’une centrale hydroélectrique ne nécessite qu’un laps de temps relativement court (de l’ordre de 15 minutes), alors que les productions en ruban sont des systèmes qui produisent en continu et demande un temps élevé de démarrage et de mise hors service (de plusieurs heures à quelques jours).
De plus l’hydroélectrique, de par sa flexibilité, comparée aux NER, permet de faire du service système. Les NER ont pour conséquences un prix volatile de l’électricité, avec une moyenne basse. Il est donc primordial d’effectuer un contrôle optimal des équipements pour pouvoir rester concurrentiel et il est nécessaire d’optimiser la planification de production et d’exploiter les installations dans les plages de rendement maximum. La gestion d’installations hydroélectriques à plusieurs étages peut être complexe : Il faut synchroniser les débits de chaque étage pour déverser le minimum d’eau. L’eau étant la matière première du système, il faut éviter d’en perdre le plus possible. Si cette eau est utilisée comme eau potable ou dans le domaine agricole, il faut garder en tête de pouvoir garantir un approvisionnement des consommateurs, ce qui passe par la gestion de l’eau disponible dans les bassins. Il faut donc mettre en place des systèmes d’information et de communication pour arriver à atteindre ces buts.
Thématique chez Hydro-Exploitation SA
Hydro-Exploitation SA gère certaines installations qui se présentent sous forme étagée. On entend par étagée le fait que l’eau est turbinée plusieurs fois à la suite, sur une distance de quelques centaines de mètres. On peut alors assimiler ces équipements à du fil de l’eau, car les aménagements inférieurs dépendent de ceux situés en amont. Nous nous concentrons sur des installations avec des conduites forcées entre les divers bassins. Cependant, on parle aussi d’installations étagées sur des rivières, ou fleuves, comme le Rhône, qui sont distantes de plusieurs kilomètres. On remarque dès lors qu’il est commun de retrouver ce genre d’équipements dans notre région et qu’Hydro-Exploitation SA est appelé à en gérer plus d’une.
C’est essentiellement la configuration du terrain qui privilégie une installation étagée, mais des contraintes mécaniques favorisent aussi celles-ci au contraire d’une seule grosse centrale en aval.
Un des travaux d’Hydro-Exploitation SA est de planifier sa production. La vue sur la planification est limitée dans le temps avec notamment les prévisions météo et le prix de l’électricité sur le marché. Cette entreprise a la chance d’avoir directement le contrôle de ces aménagements, sans les contraintes engendrées par une société les commandant à distance. Le but pour l’entreprise est d’exploiter au mieux ces centrales de production, au meilleur rendement, avec le moins de pertes d’eau possible, pour maximiser les revenus financiers.
MODÈLES SIMPLES
Modèle de conduite
Le modèle de conduite permet de trouver la vitesse de l’eau à la sortie de celle-ci en fonction des paramètres d’entrée suivant : La hauteur brute de chute, la longueur de la conduite et son diamètre, le débit, et les facteurs de pertes de charge lambda et dzêta.
AMÉLIORATION DES MODÈLES
Afin de se rapprocher le plus possible de la pratique, il est nécessaire de prendre en considération d’autres éléments qui interviennent dans notre système.
Bassin
La géométrie des bassins joue un rôle important. En effet, même avec un volume identique et un débit de sortie identique, la hauteur d’eau varie fortement. Un bassin en forme de parallélépipède rectangle aura une variation de hauteur constante avec un débit de sortie constant. Avec une forme de pyramide tronquée à base rectangulaire ou de cône tronqué, la hauteur variera exponentiellement avec un débit de sortie constant. Dans la réalité, la géométrie d’un barrage n’est pas aussi simple que les 3 exemples cités ci-dessus, seuls les modèles mathématiques simples, serviront de bases.
Ce qui est intéressant dans ces modèles est la hauteur d’eau en fonction d’un certain volume. Ci-dessous, sont montrées, les formules pour calculer le volume en fonction d’une hauteur afin de facilité la lecture, la hauteur pouvant être trouvée en cherchant les racines de l’équation.
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Table des matières
1 INTRODUCTION
2 THÉMATIQUE
2.1 Thématique générale
2.2 Thématique chez Hydro-Exploitation SA
3 MODÈLES SIMPLES
3.1 Modèle de conduite
3.2 Modèle de pointeau
3.3 Représentation graphique des modèles
3.3.1 Section du jet
3.3.2 Pertes de charge
4 AMÉLIORATION DES MODÈLES
4.1 Bassin
4.1.1 Parallélépipède rectangle
4.1.2 Pyramide tronquée à base rectangulaire
4.1.3 Cône tronqué
4.2 Chambre de mise en charge
4.3 Actionneur/Pointeau
4.3.1 Fonctionnement
4.3.2 Modèle de la vanne proportionnelle
4.3.3 Modèle du piston
5 1 ÉTAGE
5.1 Système « position »
5.1.1 Régulation
5.1.2 Résultats
5.1.3 Variations des caractéristique de l’actionneur
5.2 Système « niveau »
5.2.1 Détermination du système
5.2.2 Régulation gain constant, critère symétrique
5.2.3 Résultat pour gain constant selon critère symétrique, régulateur PI
5.2.4 Régulation gain constant, filtre objectif
5.2.5 Résultat pour gain constant selon filtre objectif, régulateur PID
6 CASCADE
6.1 Résultats d’une cascade de 2 étages
6.2 Cascade de 3 étages
7 PUISSANCE DE L’INSTALLATION ÉTAGÉE
8 CONCLUSION
9 REMERCIEMENTS
10 ANNEXES
11 BIBLIOGRAPHIE
