Auto-consommation

[Remi87]

Bonjour,

Je n’ai pas trouvé de section particulière pour se présenter alors je le fais succinctement dans celui que je créé pour parler de mon projet.

Je suis ingénieur dans le traitement de l’eau et j’ai acheté une maison avec un plan d’eau « sur source » il y a 6 ans. Dans le cadre du renouvellement de la déclaration de celui-ci, je l’ai vidangé il y a 2 ans et je devrais pouvoir (enfin !) le remettre en eau prochainement ! J’ai refait les ouvrages d’entrée (qui n’ont pas supporté la mise à sec..) et un moine de sortie. Ce plan d’eau fait environ 6000 m², et son curage lui a donné un volume d’environ 8 à 10 000m3. Je ferai un levé topo avant de le remettre en eau pour quantifier cela plus sérieusement.

Il a beau être reconnu par l’administration comme étant sur source, il n’en demeure pas moins que j’ai, du moins durant la période hivernale, un débit de sortie qui tourne autour des 50 l/s (environ dans les 10l/s l’été, parfois moins..). La différence de hauteur exploitable est d’environ 2m, le potentiel hydraulique est donc en période « humide »d’environ 1000W. C’est donc évidemment un projet très modeste dans lequel je compte me lancer, mais l’investissement promet d’être minime aussi puisque je compte tout faire moi-même et que je dispose de moyens techniques conséquent au bureau (usinage et chaudronnerie notamment). Du coup, je ne prends pas grand risque et ma volonté est uniquement de défalquer quelques kWh de ma facture EDF, et surtout prendre du plaisir à me faire ma petite installation perso !

Je compte donc simplement équiper ma sortie de plan d’eau avec une petite banki, (la turbine des amateurs…), une génératrice monophasée faite à partir d’un moteur asynchrone (d’environ 750W à priori), éventuellement rebobiné pour améliorer son rendement en génératrice, et brancher le tout sur mon installation électrique.

J’ai déjà pas mal avancé dans mes calculs pour ma turbine et je pense que je l’équiperai d’une vanne « type cink » pour pouvoir turbiner entre 10 et 50 l/s avec un objectif (à 50l/s) de produire dans les 500W. C’est évidemment très modeste, mais cela correspond quand même à ma consommation moyenne annuelle et cela pourrait donc me permettre de réduire ma facture… Ah oui, petit détail qui a son importance : étant en bout de ligne, mon compteur EDF (installé il y a 5 ans) est un compteur mécanique.

Bref, un micro projet sans prétention comparé à ce que j’ai pu voir sur le forum, mais pour lequel je vais essayer de faire les bons choix et de bien les mettre en œuvre. Je ferai part ici de l’avancée de sa conception puis de sa réalisation, et serai bien évidemment à l’écoute de tout conseil qui pourra m’être apporté par les passionnés de ce forum !

[KW12]

Bonjour Remi87,

Bienvenue sur ce forum et félicitations pour votre projet.
Même une pico production comme la votre mérite d'être exploité.
Je suppose que ce n'est pas possible en prolongeant la conduite d'avoir une chute
plus élevé? je pense que vous avez du cogiter cela.
Vous dites de 8000 à10000 m3, mais quel est le volume exploitable sans descendre au dessous des 2 m?

cordialement.
KW12.

[dB-)]

Bonsoir,

la source est sur votre terrain, donc "zéro formalités", vous exploitez comme vous l'entendez

Pour turbiner 50 l/s sous 2 m de chute, personnellement je ferais le plus simple possible, à savoir une petite turbine hélice rapide !

"une petite banki, (la turbine des amateurs…)"

Vous risquez de ne rien produire du tout avec une Banki de cette taille, elle devra être placée le plus bas possible (à cette échelle la hauteur sous l'axe est perdue), mais pas trop bas pour préserver les paliers et la transmission, elle sera lente, les aubes seront probablement des morceaux de tube coupés, c'est à dire avec un profil inadapté, etc etc ...

Vous aurez une bien meilleure production et un ensemble beaucoup plus simple en copiant les petites turbines hélices comme celle en photo ci-dessous

Turbine hélice simple.png

Pour 50 l/s sous 2 m de chute : une goulotte, une hélice 3 pales diamètre 140 (à choisir dans les hélices marines), un arbre, un distributeur radial fixe, un aspirateur conique, un petit PMG 1 kW 1500 tr/min triphasé, un redresseur, et un mini onduleur réseau !

Bonne soirée

dB-)

[Remi87]

@ KW12 :
Je ne peux pas prolonger sans que la turbine n’arrive « nulle part ». La seule chose que j’ai prévu, c’est de traverser mon bac de pêche et de l’installer en sortie. En curant un peu l’aval, ça va me permettre de « poser » la turbine sur le fond tout en dégageant suffisamment sa sortie pour qu’elle soit complètement dénoyée à 50l/s. Avec les pertes de charges, j’aurais donc 2m+ de pression à 50l/s, et environ 2m20 à 10 l/s.
Concernant le volume du plan d’eau, je ne l’ai donné qu’à titre indicatif, il n’entre pas en compte dans le calcul de puissance disponible, et comme je ne compte pas le faire trop marner (5cm grand max, juste pour la régul) même sa surface a finalement peu d’intérêt.

@dB-) :
Merci pour toutes ces précisions. J’avais regardé les petites turbines hélice style turbiWatt et autre, mais, pour le moment du moins, un certain nombre de points me repoussent un peu :
- Sur une installation telle que vous me la conseillez, comment est gérée la variation de débit ? En gros, dans mon idée je cherche à conserver un rendement pas trop mauvais dans la plage de débit que j’ai annoncé, soit 10 à 50 l/s. L’été je ne turbinerai pas, l’hiver le trop plein pourra évacuer les surplus ponctuels. Avec la Cross-Flow, en jouant sur la vanne d’entrée je pense assez facilement intégrer cette variation en jouant sur le secteur d'admission (entre 18 et 90°) sans chute catastrophique du rendement, voir même en exploitant la hauteur supplémentaire à bas débit. J’avais l’impression, peut-être à tort, qu’une hélice s’affranchira moins bien de cette variation de débit…

- Je n’ai pas trop d’idée de l’investissement sur l’hélice à priori, mais je suis preneur d’ordre de grandeur si vous avez

- Concernant le rendement même de la Banki, d’après mes premiers calculs j’arrivais pour une vitesse à 50% aux alentours des 300tr/mn pour une roue de 180 de large par 180 de diamètre environ. C’est certes assez peu élevé, mais à mon avis suffisant pour être accéléré vers 1550 tr/mn en 1 étage, avec une courroie plate par exemple vu le peu de couple à transmettre (<20 Nm) (edit : non, bp trop lent pour une courroie plate... ), encore que la transmission ne soit pas non plus fixée (edit : heureusement… )

- Comme je le précisais au-dessus, je vais faire en sorte que la turbine soit assez dénoyée et protégée, mais étant donné son dimensionnement (à priori un arbre de 15 ou 16mm fera l’affaire), je ne vais pas m’embêter et je la monterai sur palier Inox (environ 30€ pièce) et je protègerai « proprement » la transmission. Donc l’environnement « humide » ne devrait pas être un gros problème. De même, je pense usiner l’arbre pour le réduire fortement au sein de la turbine (8 mm de diamètre) tout en gardant la coaxialité…

- Pour les aubes, j’ai bien compris que la forme en arc de cercle n'est pas tout à fait optimale. Malgré cela, il me semble que cela ne reste pas loin de la réalité. Je ne sais pas quantifier la perte de rendement par rapport à un profil idéal, mais je suis preneur d’infos… A côté de ça, je vais adapter les dimensions de la turbine (largeur-diamètre) pour tomber sur une portion de tube de taille standard, à priori du 60,3. Comme je prendrai un tube de 2mm d’épaisseur, ça me laissera de la matière à enlever pour affiner les bords d’attaque et de fuite des aubes et soigner ainsi l’écoulement le plus important, c.a.d. sur le profil extérieur de l’aube.

- Pour la production électrique, j’imaginais avoir recours à un moteur asynchrone mono-phasé (voir 2, un pour les plus gros débits, un autre pour la plage basse donc avec un peu plus de pression) pour des raisons de simplicité et de coûts, comme de régulation de vitesse de la turbine. Je me doute que le rendement serait bien moindre qu’avec PMG un triphasé, mais je n’ai ni besoin de redresseur ni d’onduleur derrière. Le coût d’investissement serait là encore plus que minime, tout en ne se fermant pas la porte à une évolution future… Mais là encore, rien n’est figé, j’en suis juste à ce stade de réflexion.

- Dernier point important mais peut-être pas assez clair dans mon message initial : Ma conduite de sortie entre le moine et la pêcherie fait 250mm de diamètre, avec un Delta H de 170mm. A 50l/s, j’ai environ 150 mm d’eau dans ma pêcherie, mais l’ensemble du tuyau génère une mise en charge du moine à hauteur d’environ 35cm. Dans le cas de la Cross-Flow, posée en sortie de pêcherie et avec un fil d’eau qui pourrait être de 100 mm par rapport au fond de celle-ci, ma charge à 50 l/s serait bien de 2m à 2m10 en entrée de turbine, la pente de la canalisation compensant une bonne partie des pertes de charge et la position au plus bas de la turbine permettant de s’affranchir du niveau résiduel dans le canal. A l’inverse, une hélice disposée dans la partie haute du moine et débouchant dans celui-ci n’aurait plus qu’environ 1,75 de chute de disponible à 50 l/s du fait du remplissage du moine. Bon, je ne sais pas si c'est très clair, il va falloir que je fasse un schéma…


Quoiqu’il en soit, rien n’est encore figé et je préfère aborder le sujet assez tôt en étant ouvert à toute proposition, même si j’ai déjà pas mal étudié les différentes solutions… Je vous remercie en tout cas déjà pour vos conseils et vos propositions !

[CF21]

Sur une installation telle que vous me la conseillez, comment est gérée la variation de débit ?

J'aurais du mal à vous donner des conseils mécaniques ou électrotechniques :? , mais au plan purement hydraulique et selon la géométrie des lieux, est-il envisageable de travailler en éclusée ? (à cette dimension, cela n'a pas d'impact sur les milieux, c'est l'équivalent d'une pluie pour le cours d'eau à la suite du bassin de retenue).

C'est-à-dire : vous dimensionnez de manière à vider quasi totalement le bassin à un débit en 50 l/s : en période pluvieuse, ce débit est assuré par la source (donc l'eau du bassin se renouvelle) ; en période non pluvieuse, vous soutirez de l'électricité X heures par jour, puis vous laissez le bassin se remplir de nouveau.

[Remi87]

Merci pour votre idée, mais comme je l'ai marqué plus haut je ne souhaite pas faire varier le niveau de plus de 5 à 10 cm. Déjà je n'en ai a priori pas le droit dans mon dossier de déclaration de plan de d'eau, deuxièmement cet étang est au pied de la maison et reste avant tout un ouvrage d'agrément que je n'ai pas envie de voir vide tous les 4 matins, et troisièmement si je baisse le niveau je perds très vite en production du fait de la moindre charge sur la turbine. Donc tout au plus un fonctionnement un peu fractionné est envisageable pour les fins ou début de saison, sachant que dans ce cas je vais interrompre la sortie d'eau ou du moins fortement la diminuer ce qui risque de se remarquer chez mon voisin du dessous. On verra à l'usage si le jeu en vaut la chandelle en terme de production de toute façon, mais ça restera un fonctionnement périodique le reste du temps l'installation devra se contenter de suivre au mieux le débit transitant. Mais merci pour essayer de me proposer des solutions!

[Gilles21]

Bonjour
Pour être passé par là et bien que le contexte soit différent, une turbine banki qui parait séduisante à priori présente quand même beaucoup de complications à la mise en œuvre ! Sa simplicité apparente cache pas mal de problèmes accessoires à résoudre : protection de la machine et des paliers, étanchéité du carénage et contrôle de la mise en dépression pour récupérer la hauteur de chute perdue par le dénoyage, transmission, multiplication compliquée etc ...
J'ai pris beaucoup de plaisir à fabriquer la mienne ( les miennes pardon, j'ai récidivé ) mais passé le temps de l'enthousiasme et de l'euphorie, arrive le temps des désagréments et de la casse, des bricolages improbables dans les pires moments ( intempéries,gelées etc. ) tout cela induisant finalement un coût assez conséquent.
Et j'apprécie d'autant plus la petite francis qui l'a remplacée
Je rejoins le point de vue de Didier : pourquoi ne pas partir d'une powerpal que vous pourriez modifier comme celle que j'ai vue, sur youtube je crois, ou les directrices fixes ont été remplacées par des directrices mobiles. Le seul problème étant d'adapter la hauteur de chute max de 1.5m des powerpal aux 2m de votre chute. Par exemple, soit en rallongeant l'aspirateur soit en rehaussant les côtés de la goulotte, mais la puissance va augmenter et il faudra certainement remplacer le PMG en place par un autre modèle par exemple une génératrice asynchrone comme vous l'envisagiez.
Après, chacun voit midi à sa porte et il n'y a de bonne solution que celle qui vous apporte le plus de satisfaction personnelle d'autant plus que le montant de l'investissement engagé dans cette opération ne vous obligera pas à vous nourrir de biscuits de mer le restant de vos jours en cas d'échec
En tous cas ,bon courage et bon plaisir !

[Remi87]

Merci pour votre retour d'expérience Gilles. De ce que je peux en voir, effectivement il y a encore un facteur d'échelle entre vos (belles!!) réalisations et ce que j'envisage. Je prends bien note de vos conseils et mises en garde, et je viens de regarder à nouveau les turbines type powerpal. C'est vrai que le système d'entrée variable permettrait d'obtenir un fonctionnement sur une plage plus étendue de débit. Malheureusement avec ce type d'hélice cette variation de débit va entrainer une variation de vitesse et donc, à moins d'envisager une transmission complexe et variable, le recours à un moteur-générateur asynchrone simplement relié à la turbine n'est pas possible. Il faut partir sur un PMG + régulateur + onduleur et donc sur un budget nettement plus conséquent. De même, je ne connais pas le prix d'achat de base d'une turbine de ce type, mais je l'imagine à 1500€ minimum, plus après l'adaptation à faire au niveau de l'entrée...
Pour bien resituer le projet, la production d'énergie va au final être nécessairement restreinte de part le potentiel du site. Si je souhaite en faire le maximum moi-même, c'est à la fois pour le plaisir de le faire (et là je suis certain que je ne vous apprends rien!! ) mais aussi pour maîtriser au maximum le budget. A l'échelle de cette turbine, je pense vraiment pouvoir m'en sortir avec quelque chose de sérieux pour quelques centaines d'euros, et au moins valider le fonctionnement. Des premiers tests et mesures, il sera possible d'optimiser ensuite la production électrique... ou pas.
L'échelle du projet me permet d'avoir recours aussi à des solutions qui paraitraient luxueuse sur une machine de plus grande taille, ou tout du moins haut de gamme. L'ensemble de la roue est envisagée en Inox, la transmission, sur laquelle je me suis un peu plongé depuis hier pourrait être envisagée par une cascade de pignons à 2 étages (24 et 12 dents en pas de 3 pour 18NM, puis 25 et 10 dents en pas de 2,5 pour 11Nm) avec des pignons en Delrin usiné (donc insensibles à la corrosion) dans un premier temps, quite à l'envisager par la suite de façon plus pérenne en Inox si besoin. En cherchant vite fait dans mes catalogues, les 4 pignons représenteraient un investissement inférieur à 80 euros au total à eux seuls...
Concernant les défauts de la Cross-Flow, comme je l'ai expliqué plus haut, je n'aurais pas de problème de dénoyage. J'ai de quoi baisser un peu le niveau sous la turbine pour la dégager, et à cette échelle je n'ai pas envie de m’embêter avec un aspirateur. Les paliers Inox devraient pouvoir tenir un certain temps, même si leur protection n'est pas parfaite. Au besoin, leur protection pourra être améliorée dans une seconde phase.
Pour moi, le point le plus important sur la Cross-Flow (en dehors de la roue elle-même bien sûr) est de soigner au mieux l'injection de l'eau. La courbure de l'injecteur,"l'étanchéité" de celui-ci (donc son positionnement au plus prés de la turbine) ainsi que sa forme doivent permettre d'amener sans à-coups l'eau à sa vitesse maximale et au bon angle juste au point d'injection. Je pense que de cette transition entre le tube d'amené (diamètre 250 mm dans mon cas) et le début du secteur d'injection (à priori un rectangle de 180 * 40 mm selon une première estimation) puis de la bonne réalisation de l'injecteur lui-même dépend une bonne partie du rendement de la turbine, et que la meilleure roue qui soit n'aura un rendement que très moyen si l'injection est peu rigoureuse.
Mais encore une fois, même si aujourd'hui je suis très tenté pour toutes ces raisons par l'aventure de la Banki, j'étudie également sérieusement les autres solutions, ou plutôt l'autre solution car il me semble que le moins mauvais choix sera à faire parmi ces deux là...

[Gilles21]

Je ne vais pas vous contredire, j'aurais moi même regretté de ne pas avoir fait cette expérience avec la banki si j'avais trouvé une turbine d'occasion tout de suite
Quant à votre remarque sur l'augmentation de vitesse de la powerpal, ce n'est pas un problème avec une géné asynchrone couplée au réseau, ce dernier lui imposant la bonne vitesse. Si c'est un alternateur ou un PMG en réseau isolé il suffira de moduler la charge en fonction de la puissance développée par la turbine pour avoir la vitesse souhaitée.

[Remi87]

Pour moi, une turbine hélice (donc à pas fixe...) ne pourra travailler à débit variable qu'en changeant de vitesse de rotation... Donc si on la branche sur une machine asynchrone couplée au réseau, on va forcer sa vitesse de rotation à être constante et donc ne pas exploiter la variation du débit. Ce qui est au contraire possible avec la Banki qui a une vitesse de rotation "idéale" imposée par la chute d'eau et le diamètre de roue, mais indépendant du débit. On fait varier la section de passage en jouant sur le secteur d'entrée de la turbine, comme on pourrait faire varier le pas d'une kaplan, mais pas d'une hélice à pas fixe.
Après, je peux me tromper mais il ne me semble pas...