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14 janvier 2011
Jean-Louis BoillatLaboratoire de Constructions Hydrauliques (LCH)
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)[email protected]
Turbinage des eaux potables
TURBEAU
Le concept TURBEAU
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IntroductionMéthodologie
Module hydrauliqueModule énergétiqueModule financierModule économique
LogicielElémentsModélisationSimulation
Conclusions
Contenu
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Introduction
Les premiers indices d’un changement climatique globalsont déjà perceptibles et la consommation croissanted’énergie va entraîner, d’ici quelques décennies déjà, deschangements climatiques irréversibles qui pourraientoccasionner de considérables coûts sociaux, écologiques etéconomiques [1]
[1] Bürer M. & Cremer C. 2006. A contribution to the identification ofpromising technology for the 2050 swiss energy R&D policy vision.UVEK Bundesamt für Energie BFE, Centre for Energy Policy andEconomics, ETH Zürich.
Motivation et objectifs
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Introduction
Dans le cadre de la LApEl et de l’OApEl, une nouvellerétribution de l’électricité issue entre autres de l’énergiehydraulique est proposée.
Cette action incite à la valorisation des centrales deturbinage des eaux potables et conduit à une augmentationdu nombre de projets économiquement réalisables.
Le turbinage de l’eau potable offre l’avantage de profiterd’infrastructures existantes et contribue à accélérer larénovation et le renouvellement des réseaux d’adduction.
Mesures d’incitation
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Introduction
Définir une approche simple et rapide pour évaluer, avecun minimum de données, le potentiel économique deturbinage d’un réseau d’adduction d’eau potable.
Inventorier les sites potentiels de turbinage et lesvariantes d’aménagement possibles.
Disposer d’un outil informatique permettant l’évaluationdu projet et facilitant l’aide à la décision.
Motivation et objectifs de TURBEAU
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Introduction
Inventaire à grande échelle pour une évaluation globale DIANE 10, 1991
Évaluation à l’échelle communale par des méthodes simplifiéesJoëlle Rast , 2005; Norbert Tissot, 2004; ADUR, estimation empirique pour 50 < P < 10’000 KW
Évaluation énergétique et économique des réseaux existants M. Rüetschi , 2006, P. Zarian, 2007, TURBEAU, 2010
Trois niveaux d’approche possibles
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Introduction
Approche simplifiée (Joëlle Rast , 2005)
Echelle communale, données cartographiques
Hypothèses : altitude des sources et des zones habitées, population résidente, réseaux-types, transit communal
Résultats : Evaluation du potentiel de production
Canton du Valais
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Evaluationde chaque site
Coûts d’investissement et d’exploitation [Fr/an]Prix de revient [Fr/kWh
Bénéfice [Fr/an]
Puissance [kW]
Énergie [kWh/an]
Outils de calculNécessairesou optionnelles
Données (Input)
Résultats (output)
Responsable du réseau Logiciel Investisseur
Méthodologie
Définition du potentiel économique de turbinage des réseaux d’eau potable avec un minimum de données = TURBEAU
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TURBEAU
Mod
élis
atio
n et
sim
ulat
ion
Modulehydraulique
Moduleéconomique
Modulefinancier
Moduleénergétique
Base
de
donn
ées Réseau
Catalogue des éléments
Estimations de coût
Ana
lyse
et c
ompa
rais
on
Résultats
Comparaison
Décision
Étapes de l’évaluation
Méthodologie
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Module hydraulique
Définition de la distribution de l’eau
Définition de la ligne d’énergie
Modélisation du réseau RéservoirSourceJonctionRégulateur de débitTurbine
Objets reliés par des conduites
Méthodologie
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Module énergétique
Débit de dimensionnement
Débits mensuels Débit de dimensionnementQdim
Puissance nette
Energie productible
Pn = ηg ρ g Q Hn [kW] avec ηg = ηT ηG ηTr
E = Σ (Pn(t) Δt) [kWh]
Méthodologie
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Module énergétique
Courbe de rendement du Groupe turbo-alternateur
Méthodologie
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Ren
dem
ent [
%]
Q/Qeq [-]
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Module financier (base de données)
Conduites (vannes, transport, excavation, installation)Cc = f (diamètre de conduite D et longueur L)
Groupe turbo-alternateur, cellule de coupure, transformateurCg, Ccc, Ct = f (puissance installée P)
Télémaintenance, by-passCtm Cb (coût unitaire)
Raccordement au réseau électriqueCre = f(distance entre la centrale et la ligne électrique Lre)
Local de la centrale, installation de chantierCl, Ci = f (puissance installée P)
Route d’accèsCra = f (longueur de chemin Lra)
Méthodologie
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Module économique (4 variables et 6 indicateurs)
Coût d’investissementCoût d’exploitation Coût annuel totalRecette annuelleBénéfice annuelPrix de revient
Durée de construction
Durée d’amortissement
Taux d’intérêt
Taux d’inflation
T construction T amortissement I intérêt I inflation
0.5 an 25 ans 4 % 1 %
Variables
Indicateurs
Méthodologie
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Module économique
Type de scénario
Raccordement auréseau électrique
Route d’accès
Local de centrale
Lre [m] Lra [m] Oui/ Non
1. Optimiste OPT 100 50 existant
2. Pessimiste PES 1000 200 à construire
Coût 20'000 + 70 × Lre 100 × Lra 1’200 × P
Scénarios
Méthodologie
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Module économique
Prix de vente
défini en Suisse dans la Loi sur l’Approvisionnement en Electricité(LApEl) et dans l’Ordonnance sur l’Energie (OEne)
Méthodologie
Loi sur l’Approvisionnement en Electricité (LApEI)http://www.admin.ch/ch/f/ff/2005/1573.pdf
Ordonnance sur l’énergie (OEne) (page 28 et suivantes)http://www.admin.ch/ch/f/rs/7/730.01.fr.pdf
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Interface utilisateur de TURBEAU Langage de programmation VB.NET
Logiciel
Débit déversé Ligne d’énergie
Caractéristiques et résultats
des objets sélectionnés
Objets
Fonctions de base
Turbine
Conduite (débit)
Réservoir
Source
Jonction
Consommation
débitRégulateur
Barres d’outils Objets
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Objets et données d’entrée
Icône Objets Données d’entrée
Réservoir Nom et altitude [m s.m.]
Jonction Nom
Source Nom et hydrogramme de débits mensuels [l/s]
Consommation Nom et hydrogramme de consommations mensuelles [l/s]
Régulateur débit Nom et hydrogramme de débits mensuels [l/s]
TurbineNom, débit de dimensionnement [l/s], hydrogramme des débits turbinés mensuels [l/s], coûts [CHF], paramètres économiques (taux d’intérêt etc.)
Conduite Nom, diamètre [mm], longueur [m], rugosité [mm], coûts [CHF]
Logiciel
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Modélisation et simulation: Interface de travail
Logiciel
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Modélisation et simulation: Réservoirs
Logiciel
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Modélisation et simulation: Sources
Logiciel
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Modélisation et simulation: Consommations
Logiciel
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Modélisation et simulation: Turbine
Software
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Modélisation et simulation: Conduites
Logiciel
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Modélisation et simulation: Simulation
Logiciel
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Modélisation et simulation: Tableau de résultats 1
Taux d’intérêt [%]
Taux d’inflation [%]
Durée de construction
[années]
Durée d’amortiss.[années]
Annuité [%]
4 1 0.5 25 6.4
Hydraulique Energétique Economique
Sites potentiels Q équipé Hn P E Investiss. Coût financier
Coûtd’exploit.
Recette annuelle
Bénéficeannuel
Prix de vente
[l/s] [m] [kW] [MWh/an] [CHF] [CHF/an] [CHF/an] [CHF/an] [CHF/an] [cts/kWh]
Projet 1 OPT 80 391.13 308.13 1’242.15 2’134’300 150’300 21’200 186’300 14’900 13.8
Projet 1 PES 80 391.13 308.13 1’242.15 2’602’300 183’200 23’300 186’300 -20’300 16.6
Logiciel
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Avantages de TURBEAU
Outil informatique permettant d’évaluer le potentiel économique de
turbinage des réseaux d’eau potable
Avec un Minimum de données
(Manque de données spécifiques→ Base de données)
Convivialité et souplesse
(Interface → Analyse de systèmes complexes)
Rapidité de modélisation → Analyse de variantes facilitée
Identification des aménagements économiquement intéressants
→ Analyse détaillée requise mais justifiée !
Conclusions
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Remerciements
Service de l’énergie et des forces hydrauliques du canton du Valais
pour son soutien financier
Jérôme Dubois de HydroCosmos SA
pour le développement informatique
Philippe Heller, Martin Bieri et Paul Sirvent
pour leur support au développement du concept et de la documentation
Joëlle Rast, Matthias Rüetschi, Yannis Papasavvas, Parsa Zarian,
Olivier Brocard, Eric Lattion, ...
pour leur contribution à l’application de l’approche TURBEAU
Conclusions
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Merci de votre attention
Turbinage des eaux potables
TURBEAU