Penelop2

Objectif 

Améliorer la prédiction de la production énergétique pour des usines hydroélectriques de basse chute, neuves et réhabilitées, suivant leur environnement amont et aval.

Enjeux

Les aménagements hydroélectriques de basse chute consistent en des turbines installées au fil de l’eau sur des fleuves et rivières à fort débit mais à faible hauteur de chute, généralement moins de 20 mètres. La machine hydraulique la mieux adaptée pour ce type de condition est le bulbe à axe horizontal. Or, la performance de telles turbines s’avère très sensible à la qualité de l’écoulement les traversant (notamment son uniformité). Une perte de performance d’un seul pourcent sur une usine de basse chute représente un déficit global de production de 730 GWh/an.

L’enjeu est considérable dans la région Auvergne-Rhône-Alpes, où l’hydroélectricité représente 62 % de la production d’énergies renouvelables.

PENELOP2 veut justement renforcer la compréhension de l’interface entre les aménagements amont et aval de l’ouvrage et la qualité de l’écoulement dans la turbine hydraulique. Il est primordial de pouvoir distinguer parmi les caractéristiques hydrauliques de l’écoulement, celles comme étant acceptables en amont du barrage de celles impactant significativement les performances de la turbine. La réduction des causes de perturbation des écoulements pourra améliorer la productivité de telles installations.

Une vision nouvelle et complémentaire des métiers de l’hydraulique

Penelop2 mise sur une approche à la fois expérimentale et numérique. Un site pilote a été aménagé sur le barrage de Vaugris (Isère). Un simulateur d’aménagement générique a été développé (sur des outils open source) afin de vérifier la puissance mesurée sur site durant plusieurs mois. Les  deux modèles physique et numérique d’ensemble ont alimenté une base de connaissances des perturbations, précieuse pour procéder aux réglages des machines. Un réglage des turbines de Vaugris a permis de gagner 1 % de rendement, soit 66 GWh/an sur cet aménagement. En tenant compte des conditions d’entrée et de sortie de l’eau, Penelop2 contribue en même temps à une meilleure maîtrise des débits absolus et des conditions de sûreté des ouvrages. Le projet a abouti à la conception d’un outil d’optimisation de la structure rivière – génie civil, bien avancé pour les turbines de type bulbe et pouvant aussi s’adapter au modèle Kaplan. Axe fort du projet Penelop2, la double compétence modèles physique et numérique renforce le positionnement de CNR, d’Alstom Hydro et d’Artelia, en particulier sur les études d’aménagement.

Croissance

Penelop2 offre aujourd’hui à Alstom Hydro France un indéniable avantage concurrentiel à l’international. En interne, les équipes ont été sensibilisées aux résultats du projet de recherche, sur la gestion des risques vis-à-vis des influences amont et aval, etc. L’expertise acquise dans ce domaine permet à Alstom Hydro d’optimiser et de sécuriser son offre auprès de ses clients. Le groupe intègre des éléments de résultats issus de Penelop2 dans ses réponses aux appels d’offres en insistant sur la maîtrise des coûts de production et en proposant une évaluation des gains de productivité des projets d’aménagement hydraulique. De son côté, Artelia continue d’investir dans la modélisation et le couplage de code. L’entreprise a développé une compétence de modélisation autour des ouvrages.

Perspectives

Le projet Penelop2 a permis de resserrer les liens entre les acteurs du FUI sur de nouvelles bases collaboratives. En particulier, les groupes spécialisés dans les études hydrauliques ALSTOM, Artelia et CNR ont impulsé des échanges de retours d’expérience réguliers sur les produits. Une thèse est en cours avec le LEGI (Grenoble INP), portant sur la caractérisation du comportement de la partie aval (aspirateur) de la turbine bulbe. La méthode de mesure du débit dite AFSM a été utilisée de manière novatrice pour ce type de turbine. Le retour d’expérience intéresse fortement des exploitants comme Hydro Québec (Canada). Il est aussi envisagé de l’utiliser comme deuxième méthode de mesure de débit de groupes. Penelop2 a également généré de nouvelles possibilités de financement, en lien avec d’autres dispositifs : Investissements d’Avenir, Ademe, Essaimage FUI notamment.