Article

1 - TECHNOLOGIE DE L'ALTERNATEUR HYDRAULIQUE

2 - FONCTIONNEMENT DE L'ALTERNATEUR

3 - ALTERNATEUR-MOTEUR ET COMPENSATEUR SYNCHRONE

4 - ENVIRONNEMENT

  • 4.1 - Turbines d'entraînement
  • 4.2 - Systèmes d'excitation

5 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : D3540 v3

Alternateurs hydrauliques et compensateurs

Auteur(s) : Gérard HEMERY

Date de publication : 10 août 2008

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

Chaque alternateur qui équipe une centrale électrique d’origine hydraulique correspond à un couple de paramètres (puissance-vitesse) optimal pour le site considéré, il en découle une très grande variété dans le dimensionnement général de ces machines, ainsi que dans leur conception. Cet article présente la technologie utilisée actuellement dans les alternateurs hydrauliques de moyenne et forte puissance. Une attention particulière est portée aux grands compensateurs synchrones qui utilisent la technologie des alternateurs synchrones à pôles saillants. Des considérations techniques autour du fonctionnement des alternateurs sont décrites (freinage, démarrage), ainsi que quelques perspectives sur le marché à moyen terme de l'hydroélectricité.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

ABSTRACT

Every alternator that equips a hydraulic electric plant corresponds to an optimal couple of parameters (power-velocity) for the considered site; this has generated a large variety in the general dimensioning ad design of these machines. This article presents the technology that is currently used for average or high output hydraulic alternators. This article particularly focuses on the large synchronous compensators which use the technology of salient-pole synchronous alternators. Technical considerations concerning the operation of alternators are also described (braking, starting), as well as certain perspectives on market of hydroelectricity in the middle term.

Auteur(s)

  • Gérard HEMERY : Ingénieur de l'École nationale supérieure d'électricité et de mécanique de Nancy - Basic Design Engineering Manager à la Société ALSTOM Hydro France

INTRODUCTION

Le développement des centrales électriques d'origine hydraulique s'est développé maintenant depuis plus d'un siècle. Si, au début du siècle dernier, la puissance unitaire des machines était relativement limitée, l'augmentation de la puissance de sortie des alternateurs et forcément des turbines s'est accélérée principalement à partir des années 1960.

Une des particularités des alternateurs hydrauliques est l'unicité de chaque site : en fonction des conditions hydrauliques (débit et hauteur de chute d'eau), des conditions voulues d'exploitation, on en déduit un couple de paramètres (puissance-vitesse) optimal pour le site considéré. Il en découle une très grande variété dans le dimensionnement général des alternateurs : par exemple, un groupe équipant une chute de faible hauteur au fil de l'eau est nettement différent de celui équipant un barrage de haute montagne. Les turbines associées présentent elles aussi des technologies très différentes (turbine Pelton pour les hautes chutes, turbine Francis pour les chutes moyennes, et turbine Kaplan pour les basses chutes).

Cette grande diversité se traduit par des conceptions très différentes : un alternateur rapide à 600 tr/min a un diamètre réduit et une grande longueur, le rotor est équipé d'un arbre traversant tandis que l'alternateur lent à 75 tr/min a une forme en galette beaucoup plus plate avec un centre rotor mécano-soudé pourvu de plateaux d'accouplement aux deux extrémités.

L'évolution des alternateurs hydrauliques est liée aussi à l'évolution des autres sources d'énergie et à celle des réseaux électriques. Au début du siècle dernier, les groupes qui équipaient les centrales étaient en totalité des groupes producteurs d'électricité. Avec l'augmentation de la puissance des réseaux électriques, du développement des centrales nucléaires, de nouveaux besoins ont vu le jour : nécessité d'absorber une partie de l'électricité produite pendant les heures creuses du fait du manque de souplesse d'exploitation des centrales nucléaires, nécessité de maintenir et de parfaire la stabilité du réseau.

Des centrales de turbinage-pompage ont ainsi vu le jour. Ces centrales limitées en puissance dans les années 1950 ont vu leur puissance unitaire augmenter considérablement avec le développement de l'énergie nucléaire (selon les pays par exemple en France à partir des années 1975, et plus tardivement en Chine à partir des années 1990). Une plus grande souplesse d'exploitation des centrales nucléaires a par la suite ralenti ou même arrêté en Europe l'implantation des centrales de turbinage-pompage mais il n'en reste pas moins que les centrales de pompage constituent une des sources principales pour le stockage de l'électricité.

Actuellement, du fait du renchérissement des combustibles fossiles, d'une utilisation maximale des réseaux et des problèmes liés à leur stabilité, la demande vers des performances accrues (rendement et productivité de la centrale) permet de justifier le développement et l'implantation des groupes à vitesse variable. La rénovation des anciens groupes vers des groupes plus puissants est d'actualité dans les pays industrialisés où il n'est guère possible d'augmenter le potentiel hydroélectrique.

Ce dossier présente la technologie utilisée actuellement dans les alternateurs hydrauliques de moyenne et forte puissance. Les mini-centrales utilisent des concepts assez semblables avec les simplifications permises dues aux contraintes plus faibles (mécaniques, électriques, thermiques) qu'endurent ces machines. Les simplifications sont par ailleurs fortement liées à des contraintes de fabrication intrinsèques au fabricant.

Une attention est portée aussi aux grands compensateurs synchrones qui utilisent la technologie des alternateurs synchrones à pôles saillants. Leur développement s'est particulièrement fait à partir des années 1960 pour pallier aux problèmes de stabilité des lignes et à la nécessité de réguler l'énergie réactive principalement sur les lignes longues (Canada et Brésil). La concurrence des systèmes statiques a cependant ralenti fortement leur implantation.

Des considérations techniques autour du fonctionnement des alternateurs sont également présentées (freinage, démarrage) ainsi que quelques considérations sur le marché à moyen terme de l'hydroélectricité.

Pour des explications complémentaires, le lecteur pourra se reporter, dans ce traité, aux articles :

  • Machines synchrones. Fonctionnement en régime permanent [D 3 522] ;

  • Machines synchrones. Excitation [D 3 545].

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v3-d3540


Cet article fait partie de l’offre

Conversion de l'énergie électrique

(276 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Conversion de l'énergie électrique

(276 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - SAINT-MICHEL (J.) -   Bobinage des machines tournantes à courant alternatif.  -  [D 3 420] Convertisseurs et machines électriques, fév. 2001.

  • (2) - BERTIN (Y.) -   Refroidissement des machines électriques tournantes.  -  [D 3 460] Convertisseurs et machines électriques, mai 1999.

  • (3) - BEN AHMED (H.), BERNARD (N.), FELD (G.) -   Machines synchrones. Fonctionnement en régime permanent.  -  [D 3 522] Convertisseurs et machines électriques, mai 2007.

  • (4) - WETZER (P.) -   Machines synchrones. Excitation.  -  [D 3 545] Convertisseurs et machines électriques, fév. 1997.

  • (5) - BRUTSAERT (P.), LALOY (D.), ROBERT (P.) -   Construction des machines tournantes. Caractéristiques.  -  [D 3 570] Convertisseurs et machines électriques, nov. 2005.

  • (6) - BRUTSAERT (P.), LALOY (D.), ROBERT...

1 Sources bibliographiques

LIWSCHITZ (M.) - MARET (L.) - Calcul des machines électriques. - Bibliothèque de l'ingénieur.

CAHEN (F.) - Électrotechnique, tome IV. Machines tournantes à courant alternatif. - Éditions Gauthier Villars.

WALKER (J.H.) - Large synchronous machines. - Clarendon Press Oxford.

VOGELE (H.) - Design of the generators for Three Gorges. - (ABB), Hydropower and dams (1998).

MAZZOCCO (M.) - HÉMERY (G.) - FERMAUT (J.M.) - High rated generators-motors for pumped storage station. - CIGRE (2000).

HÉMERY (G.) - COULON (J.) - Centrales Hydroélectriques et apport de la vitesse variable. - Revue REE (1999).

HÉMERY (G.) - Alternateurs lents de grande puissance. - Revue 3EI, no 40, mars 2005.

HÉMERY (G.) - HOUDELINE (J.B.) - Turbines-pompes et alternateurs-Moteurs de centrales hydrauliques. - Revue 3EI, no 49, juin 2007.

VUILLEROD (G.) - FRANÇOIS (M.) - KUNZ (T.) - Efficient rehabilitation of hydro generating units. - Hydro Power and Dams (2007).

HAUT DE PAGE

2 Normes et standards

CEI 60034 - 04-04 - Machines électriques tournantes en particulier Partie 1 : Caractéristiques assignées et caractéristiques de fonctionnement - -

HAUT DE PAGE

3 Annuaire

Organismes

CIGRE Conférence Internationale des Grands Réseaux Électriques...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Conversion de l'énergie électrique

(276 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS