Micro station de pompage-turbinage

[narvic]

Bonjour à tous.

Je me pose la question de savoir si le principe de stockage de masse de l'électricité par S.T.E.P. (Station de Transfert d’Énergie par Pompage-turbinage), pratiqué depuis longtemps, par exemple au barrage de Grand'Maison dans l'Isère, est adaptable à une très très petite échelle, comme celle d'une unité domestique de production d’électricité photovoltaïque en site isolé.

Le photovoltaïque en site isolé est en effet très pénalisé par la technologie de stockage par batteries: très coûteuses, à durée de vie limitée, difficiles à recycler, délicates en maintenance...

Je cherche à évaluer la dimension que devrait avoir une "micro STEP", située dans une zone de montagne disposant de fortes dénivellations (ce qui est le cas de nombreux sites photovoltaïques isolés), et qui remplirait le même rôle qu'un parc de batteries.

En cherchant une réponse sur le net, j'ai vu que la question avait été posée plusieurs fois ça et là, mais personne ne semble (à ma connaissance) avoir mis en ligne un calcul montrant si cette solution était réaliste ou pas.

J'ai bien essayé moi-même de tenter le calcul, mais je butte malheureusement sur mes profondes lacunes en hydrologie.

J'aurais peut-être dû, au collège, m'intéresser un peu plus aux problèmes de robinets qu'à la conjugaison des verbes du troisième groupe en grec ancien, mais bon, dans la vie, on ne fait pas toujours le bon choix.

Quoiqu'il en soit, j'ai cru comprendre que les données du problème étaient le volume de stockage des deux réservoirs haut et bas (m3), la hauteur du dénivelé entre les deux (m), la section de la canalisation qui les relie (m2), le rendement de la pompe-turbine placée sur la canalisation (%).

De ces données, si ma liste est valable et ma compréhension correcte, on doit pouvoir tirer une puissance électrique (W) produite pour une certaine durée (Wh), non? A l'inverse, d'une quantité donnée d'électricité produite, et d'une hauteur et une section de canalisation, on peut déduire le volume de stockage nécessaire du système?

C'est ce calcul que je voudrais faire, mais je ne sais pas comment m'y prendre. Je bute sur la détermination du débit de ma chute d'eau, que je ne sais pas calculer. Quelqu'un pourrait m'aider?

Merci d'avance.
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[narvic]

A la relecture, je m'aperçois que ce serait peut-être plus facile de me répondre si je proposais une situation chiffrée.

Je prends cet exemple: ma "micro-STEP" est constituée de deux réservoirs d'eau d'une capacité de 500 m3 chacun, reliés par une canalisation verticale de 100 mètres de hauteur d'un diamètre de 80 mm.

Mon problème est que je ne sais pas calculer le débit de ma chute d'eau lorsque le réservoir haut se vidange dans le réservoir bas. Ensuite, avec ce débit, je crois que je saurai calculer la production électrique de ma turbine...

[phys4]

A la relecture, je m'aperçois que ce serait peut-être plus facile de me répondre si je proposais une situation chiffrée.

Je prends cet exemple: ma "micro-STEP" est constituée de deux réservoirs d'eau d'une capacité de 500 m3 chacun, reliés par une canalisation verticale de 100 mètres de hauteur d'un diamètre de 80 mm.

Mon problème est que je ne sais pas calculer le débit de ma chute d'eau lorsque le réservoir haut se vidange dans le réservoir bas. Ensuite, avec ce débit, je crois que je saurai calculer la production électrique de ma turbine...

Bonjour,

Vous disposez déjà d'un potentiel de 136 KWH, vous n'arriverez sans doute pas au rendement de restitution de l'EDF, il faudrait compter sur 100 KWH utiles, c'est l'équivalent de presque une tonne de batteries je pense.
Pour aller plus loin, il faudrait savoir quels sont les besoins : puissance max, énergie moyenne dépensée, quelle est la source primaire ?

[marsan09]

bonjour,
difficile de répondre brièvement à votre problème.
" Le photovoltaïque en site isolé est en effet très pénalisé par la technologie de stockage par batteries: très coûteuses, à durée de vie limitée, difficiles à recycler, délicates en maintenance... "
Peut-être, mais c'est tellement plus facile de brancher une batterie sur un régulateur que de poser des canalisations et des réservoirs qui devront être étanches, hors gel ...etc...
Il faudra en plus trouver la bonne turbine adaptée à votre consommation, il vous manque en effet une donnée essentielle pour dimensionner l'ensemble : la puissance électrique que vous désirez utiliser. C'est d'elle que vont dépendre la turbine, les tuyaux et la hauteur de chute.
C'est ensuite l'énergie à stocker qui va définir la contenance des réservoirs et en partie la taille des capteurs solaires.
Ce n'est pas un problème simple et j'ai moi même opté pour des batteries, alors que j'avais de l'eau à volonté à ma disposition et que je n'avais besoin que d'un seul réservoir. Le fait de connaitre le grec ancien ne m'a pas posé de problèmes.

[A voir en vidéo sur Futura]

[marsan09]

Désolé, je n'avais pas vu la deuxième intervention de narvic.

[narvic]

Merci de vous intéresser à mes petits calculs.

J'ai pris ces données chiffrées de manière assez arbitraire, il est vrai, et des réservoirs de 500 m3 sont peut-être surdimensionnés dans cet exemple, par rapport au type d'installation photovoltaïque dont je parle.

On pourrait partir en effet du besoin réel en énergie, comme on le fait pour dimensionner une installation PV (panneaux+batteries), ce qui serait plus réaliste. Et c'est bien ce que je compte faire ensuite... quand j'aurais compris comment fonctionne mon petit problème de baignoires et de robinets.

Je voudrais surtout avoir un ordre de grandeur. Car j'ai en tête une situation (moyenne montagne méditerranéenne, avec forte pente et qui gèle peu) où l'installation d'un réservoir serait de toute façon utile pour d'autres motifs (arrosage, DFCI). Du coup, pourquoi ne pas en mettre deux et dimensionner le tout en conséquence !

[marsan09]

bonjour,
une idée pour avancer dans le problème, vous pourriez faire des calculs en supposant les rendements de 100% et sans vous occuper pour le moment du diamètre du tuyau à utiliser ni de sa nature, ni de la conception de la turbine et du générateur.
Ainsi vous pourrez commencer à faire des choix : période de stockage, énergie et puissance nécessaires.
Bon courage.

[Eurole]

Bonjour.
« un peu de science éloigne de la Grèce, beaucoup de Science y ramène », pourrait-on paraphraser.
Trois notions sont fondamentales dans la question discutée, celles d’énergie potentielle, énergie cinétique et conservation de l’énergie.
Ces trois notions sont formulées par MGH = ½ MV²
Supposons pour commencer, comme semble l’indiquer marsan09, un réservoir de 500m³ et une chute de 20m débitant 1m³/s.
Cette installation a une puissance de 1000*10*20=200 000W
Mais il faudra un réservoir 7 fois plus grand, de l’ordre de 4000m³, pour produire une énergie de 200KWH.

A titre indicatif, la vitesse de l’eau au niveau de la turbine, pour une dénivellation de 20m, est de l’ordre de 20m/s.

[phys4]

Supposons pour commencer, comme semble l’indiquer marsan09, un réservoir de 500m³ et une chute de 20m débitant 1m³/s.
Cette installation a une puissance de 1000*10*20=200 000W
Mais il faudra un réservoir 7 fois plus grand, de l’ordre de 4000m³, pour produire une énergie de 200KWH.

Bonjour Eurole,

Les données de narvic sont encore incomplètes, il ne sait pas de combien d'énergie il a besoin, ni quelle puissance max.
La hauteur donnée était de 100m soit 5 fois plus.
Je crois qu'il ne faut pas prendre un débit de 1m³/sec pour commencer, car le réservoir serait vide en 500 sec et il n'a surement pas besoin de 1 MW.
En attendant une expression des besoins.
Cordialement.

[verdifre]

Bonjour,
si tu reprends les chiffres de Phys4 1m^3 d'eau à 100 m te donnes 200 wh, si tu consideres qu'il faut pouvoir tenir au moins 15 j/ soleil puis 1 mois avec une production solaire egale à la moitié de ta consommation, il faut que tu stockes de quoi tenir 1 mois
Un reservoir de 500 m^3 devrait faire au moins 100m² de surface, il faut veiller à l'evaporation et bien que cela ne represente pas beaucoup d'energie recuperer l'eau de pluie
de plus, quand il pleut, il n'y a pas de soleil. tu peux donc recuperer comme cela une petite centaine de kwh par an, mais si l'eau a aussi un autre usage le benefice peut être plus important.
Si les lieux s'y pretent, une eolienne de pompage , type western, peut être une solution ou un complement interessant. En mariant photovoltaique et eolien tu as besoin de moins de stockage
fred