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Production d’énergie électrique
L’énergie hydrauLique est-eLLe une énergie d’avenir ?
Document 1 : Entretien avec M.Pierre-LouisViollet, directeur « Recherche et Développement » à EDF
Quels sont les différents types d’aménagement hydroélectrique ?
Il existe différents types d’aménagements :
- Les barrages au fil de l’eau fournissent une énergie électrique assez
constante et prévisible.
- Les barrages avec réservoirs permettent d’adapter la production
d’électricité à la demande.
- Les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) comportent
des pompes qui permettent de remonter l’eau d’un bassin inférieur
vers un bassin supérieur. Lors des « creux » de consommation, l’électricité en excès alimente des pompes qui
remontent l’eau ; lorsqu’on a besoin d’électricité, on fait redescendre l’eau à travers les turbines.
Pourriez-vous décrire quelques installations emblématiques ?
L’installation de la grande Dixence, en Suisse, a une puissance de 2000 MW. Quatre STEP y sont associées à
différentes altitudes intermédiaires ; elles peuvent stocker jusqu’à 180 MW. Sur le plan de la puissance, le record
est détenu par le barrage des Trois-Gorges en Chine dont la puissance est de 18200 MW (18,2 GW) soit plus de
15 fois celle d’un réacteur nucléaire.
Quels sont les défauts et les atouts de l’énergie hydraulique ?
L’énergie hydraulique est aujourd’hui la première source d’énergie électrique renouvelable. Elle est prévisible,
modulable et stockable. Cette dernière caractéristique deviendra d’autant plus nécessaire que les énergies
intermittentes comme celle du vent, prendront de l’ampleur. On pourra ainsi stocker l’électricité fournie par les
éoliennes grâce aux STEP pour la restituer en l’absence de vent.
On ne peut pas négliger les nuisances liées aux barrages. Ils sont d’abord la cause de déplacements de
populations. Ils entravent la circulation des sédiments et peuvent avoir un impact sur la biodiversité.
Q1. En vous aidant des docs 2/3, déterminer l’énergie (J) produite chaque année par le barrage des Trois Gorges. En
déduire sa puissance moyenne et la comparer la valeur de la puissance électrique installée. Conclusion ?
La puissance P du barrage peut être évaluée par l’expression : P = DV.ρ.g.h
( DV : débit de l’eau en m3.s-1 ;
ρ : masse volumique de l’eau en kg.m-3 ; g : intensité de pesanteur en m.s-2 ; h : hauteur de la chute d’eau en m )
Q2. Au vue de cette formule, quels sont les paramètres pertinents pour le choix de l’emplacement du barrage ?
Q3. Calculer les débits minimal et maximal du barrage. (comparer ces valeurs à celle du débit du Rhône)
Q4. Sous quelle forme est stockée l’énergie dans une STEP ? En vous aidant du doc.4, expliquer pourquoi seule
81% de l’énergie est récupérée par les STEP ?
Q5. Schématiser la chaîne énergétique mise en œuvre dans une STEP.
La STEP de Grand’Maison (voir doc.5) est la plus grande installation hydroélectrique de France. Le dénivelé entre
le réservoir inférieur et le réservoir supérieur est de 955 m.
Q6. Quelle quantité d’énergie est stockée lorsqu’on fait passer 1 m3 d’eau du réservoir inférieur au supérieur ?
Q7. Quelle énergie a-t-il fallu fournir aux pompes pour réaliser cette opération ? Quelle énergie électrique
récupère-t-on à la sortie des turbines lors de l’opération inverse ?
La STEP de Grand’Maison fournit en moyenne 1 420 GWh par an.
Q8. Quel volume d’eau a été pompé pour produire cette énergie ?
Q9. Pourquoi est-il nécessaire d’avoir d’importants moyens de stockage de l’énergie électrique ? Quels autres
moyens de stockage de l’énergie connaissez-vous ?
Q10. Dans l’état actuel, l’hydroélectricité sous toutes ses formes vous semble-t-elle une solution d’avenir ?
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Document 2 : Quelques données sur le barrage des Trois Gorges (Chine)
Document 3 : Puissance et énergie
- Puissance d’un appareil électrique : P = U.I (U : tension aux bornes de l’appareil ; I : intensité du courant)
Unités : P en watt (W), U en volt (V) et I en ampère (A)
- L’énergie électrique E transférée pendant une durée ∆t à un appareil de puissance P est : E = P. ∆t
Unités : E en Joule si P est en Watt et ∆t en seconde ; E en watt-heure si P est en watt et ∆t en heure
Document 4 : À propos des stations de transfert d’énergie par pompage (STEP)
Il est difficile d’adapter rapidement la production énergétique des centrales électriques. Aussi a-t-on
imaginé de pomper de l’eau dans un réservoir lors des périodes creuses de consommation et de réutiliser
cette eau dans des turbines pendant les périodes de forte consommation. Les stations de turbinage et de
pompage (STEP), bien qu'elles ne produisent pas d'énergie, sont des moyens de stockage de l’énergie et
permettent de gérer un réseau électrique devant répondre à des consommations variables. Ces
installations pompent et élèvent l’eau vers des barrages-réservoirs placés sur les hauteurs pendant les
périodes creuses de consommation et récupèrent l’énergie hydraulique pendant les pics de consommation
d’électricité. Les turbines et les pompes hydrauliques ont un rendement de conversion de l'ordre de 90 %.
On récupère ainsi 81 % de l’énergie par ce système de pompage et de chute d’eau.
Document 5 :
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