MJ2 Technologies a mis au point un nouveau concept de turbine hydroélectrique conçu pour l’exploitation de basses chutes d’eau (de 1,5 à 4,5 mètres) appelé turbine VLH : Very Low Head.

 

 

Jusqu’à présent, aucun système de turbine rentable ne permettait la construction de sites hydroélectriques pour des hauteurs de chute inférieure à 2 mètres.

MJ2 Technologies société aveyronnaise (filiale du groupe italien Sorgent.e), a été créée en 2004 et emploie une trentaine de personnes.
Cette entreprise est aujourd’hui dans une phase de production industrielle de ses machines.

Gamme de Puissance :

La gamme de puissance par groupe va de 100 à 500 kW. Il est estimé qu’en dessous de 100 kW la rentabilité souhaitée peut difficilement être atteinte et les études réalisées jusqu’à maintenant démontrent qu’au-delà de 500 kW il est plus rentable d’installer plusieurs machines de dimension inférieure plutôt qu’une seule de grande taille.

Un génie civil simplifié :

L’exploitation de très basses chutes n’est possible que lorsqu’il existe une infrastructure déviant un cours d’eau et créant une chute potentielle. Cependant, pour ce type d’ouvrages, leur rentabilité dépend directement des éléments suivants :

– L’exploitation de basses chutes nécessite l’utilisation de débits importants devant être exploités dans des infrastructures adaptées, donc de tailles conséquentes.

– Les fabricants ont toujours privilégié la réduction de la taille et du coût des équipements au détriment de l’ampleur des travaux et du génie civil requis.

– Le coût du génie civil devient rapidement un obstacle par rapport à la puissance installée et donc à la valeur ajoutée générée.

les VLH requièrent une structure de petite dimension, aux formes simples et nécessitant peu d’excavation.
Les infrastructures de génie civil nécessaires à l’installation d’une VLH sont ainsi réduites à leur plus simple expression, se limitant à deux parois latérales verticales parallèles et un radier horizontal. Les volumes d’excavation sont également optimisés grâce à l’inclinaison de la VLH.

Principe de la turbine VLH :

La VLH incorpore les fonctions suivantes:

– Une turbine Kaplan standardisée à 8 pales réglables en fonction du niveau et du débit.
– Une structure autoportante permettant un assemblage complet en usine et un montage et une mise en place très rapide.
– Un alternateur à attaque directe, aimants permanents et vitesse variable.
– Un dispositif d’arrêt et de coupure du débit par fermeture des pales sur elles mêmes sans énergie du réseau requise. Les installations VLH n’ont pas besoin de vannes de tête pour assurer l’arrêt du groupe.
– Un distributeur faisant office de grille de protection.
– Un dégrilleur rotatif embarqué.
– Un convertisseur de Fréquence électronique permettant la vitesse variable.
– Un équipements de contrôle/commande électroniques intégrés assurant la gestion du groupe générateur et des équipements électroniques de puissance.
– Un dispositif d’effacement permettant la mise hors d’eau du groupe pour maintenance ou en cas de crue.

 

 

Structure du Produit :

La VLH se présente sous la forme d’une structure mécano soudée autoportante de forme carrée. Elle reçoit les directrices ainsi que les raidisseurs. L’ensemble forme une grille dont l’espacement des barreaux est conçu pour empêcher le colmatage. Les profilés de la grille assurent le maintien mécanique et la reprise des efforts du bulbe contenant le générateur et la turbine.

 

 

Au dessus de cette grille, un dégrilleur rotatif dégage les débris par un mouvement de rotation très lent et intermittent.
En dessous de la grille se trouve le bulbe contenant l’alternateur à attaque directe à vitesse variable et à aimants permanents. Le stator est en position centrale et les aimants du rotor sont montés à l’intérieur de la roue de turbine. L’ensemble est pressurisé. L’air comprimé utilisé est asséché pour éviter la condensation.

Le moyeu de turbine est une pièce de fonderie dotée de 8 pales fermant sur elles mêmes. Leur ouverture est commandée hydrauliquement en fonction du débit disponible et de la chute nette instantanée.
Cette structure autoportante confère à l’ensemble une rigidité suffisante qui lui permet d’être mise en place en une seule opération ou d’être relevé en position de maintenance par pivotement autour de ses roulements supérieurs.

 

 

Concept et installation :

 




 

Alternateur à Aimant Permanent PMG (Permanent Magnet Generator) :

L’alternateur à aimants permanents et vitesse variable est directement lié à la turbine. Son rotor est extérieur. Les bobinages du stator sont montés sur une fusée fixe en position centrale.
Ils sont refroidis par une ventilation forcée et par le contact de l’eau circulant autour du bulbe.
Le rotor est équipé d’aimant permanents, il est solidaire de la roue de la turbine. Les aimants sont montés en périphérie du stator.

La vitesse de rotation de l’alternateur peut varier en fonction de la hauteur de chute. Il permet ainsi une optimisation de la turbine, la plaçant dans un régime de fonctionnement en rendement nominal quelque soit la hauteur de chute constatée. De cette façon, la VLH conservera son rendement nominal jusqu’à environ 40 % de la hauteur de chute nominale.

L’alternateur est pressurisé à une valeur relative correspondant à la pression de l’eau mesurée augmentée de 0,2 à 0,3 bar. De cette façon, d’éventuels défauts d’étanchéité n’entraîneront pas d’inondation du stator. Cette fonction aide également à assécher l’air ambiant.

Un convertisseur de fréquence de puissance égale au générateur permet à la VLH d’ajuster sa vitesse de rotation en fonction des conditions de fonctionnement. Il est composé d’un redresseur de tension associé à un banc de condensateurs et à un onduleur restituant un signal en 50 ou 60 Hz.

 

 

Le contrôleur de système principal définit les paramètres de fonctionnement de la turbine à partir des mesures de hauteur de chute et d’autres paramètres de fonctionnement, sur le même principe que l’automate utilisé pour un équipement classique.

 

 

L’énergie produite par l’alternateur est redressée par le redresseur actif (variateur de vitesse). Elle transite par un bus D.C., maintenu à une valeur stable d’environ 800 V DC (courant continu : direct current) , puis est fournie sur le réseau électrique par l’onduleur (DC -> AC).

Le système produit ainsi une énergie électrique triphasée de grande qualité (peu d’harmoniques et de fluctuation de puissance), avec un facteur de puissance unitaire ou ajustable à la demande. La synchronisation du système est entièrement automatique, de même que le couplage et le découplage du réseau électrique .

Interface utilisateur (HMI : human-machine interface) :

L’interface utilisateur est accessible par un écran tactile et est composée de pages-écrans. Cette interface permet de visualiser les paramètres de fonctionnement, d’effectuer des commandes manuelles et de changer les paramètres de fonctionnement (une vingtaine environ).

La communication vers l’extérieur est possible par internet (navigateur internet) via une ligne de communication ADSL.

 

 

Effacement :

Lorsque la configuration de l’installation ou les besoins d’exploitation le rendent nécessaire, la VLH peut être dotée d’un dispositif d’effacement lui permettant de pivoter jusqu’à atteindre une position horizontale en dessus du niveau amont.

 

 

Impact Environnemental :

La VLH étant entièrement submergé, son impact visuel et sonore est très faible, ce qui facilite son utilisation dans des environnements urbains.

La caractéristique principale de l’impact environnemental de la VLH réside dans sa très faible influence sur la migration des poissons qui se fait au travers des pales en mouvement.
La roue dispose de grands espaces entre ses directrices et entre ses pales, ce qui permet aisément le passage de l’ensemble des poissons. De plus la vitesse de rotation de la roue est très faible (< 40 tr/min) et la vitesse d'écoulement de l'eau à l'intérieur de la roue reste inférieure à 2 m/s (une vitesse comparable à celle d'un poisson pendant son passage). Quelques réalisations :

– Turbine VLH Ilovac (2015) site Ilovac Croatie.
Installation de 3 turbine(s) sur le fleuve Kupa avec chute nominale de 3,20 mètres et débit 20,1 m3/s, 3×500 kW.

– Turbine VLH Montbrun – Capdenac (2014) site Montbrun – Capdenac France.
Installation de 2 turbines sur le fleuve Lot avec chute nominale de 2,80 mètres et débit 14,3 m3/s, 2×293 kW.

– Turbine VLH Centrale du Rondeau (2014) site Rondeau France.
Installation de 2 turbines sur le fleuve Drac avec chute nominale de 4,08 mètres et débit 17,0 m3/s 4×500 kW.

-Turbine VLH Mayenne (2014) site Mayenne France.
Installation de 14 turbines sur le fleuve Mayenne avec chute nominale de 1,40 – 2,70 mètres et débit 10,5 – 13,0 m3/s, 10×200 kW + 4×260 kW.

Installation d’une VLH à La Glaciére (12) :