14 janvier 2011

Jean-Louis BoillatLaboratoire de Constructions Hydrauliques (LCH)

Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)jean-louis.boillat@epfl.ch

Turbinage des eaux potables

TURBEAU

Le concept TURBEAU

IntroductionMéthodologie

Module hydrauliqueModule énergétiqueModule financierModule économique

LogicielElémentsModélisationSimulation

Conclusions

Contenu

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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 [-]

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

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

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

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

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

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

Modélisation et simulation: Interface de travail

Logiciel

Modélisation et simulation: Réservoirs

Logiciel

Modélisation et simulation: Sources

Logiciel

Modélisation et simulation: Consommations

Logiciel

Modélisation et simulation: Turbine

Software

Modélisation et simulation: Conduites

Logiciel

Modélisation et simulation: Simulation

Logiciel

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

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

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

Merci de votre attention

Turbinage des eaux potables

TURBEAU