Bonjour,
oui, tout à fait, on peut améliorer le rendement à charge partielle d'une turbine hélice en abaissant sa vitesse, c'est quelque chose que j'ai testé sur une demi douzaine de turbines type hélice, soit ouvertes, soit sous bâche semi spirale, soit tubulaires, et pour des puissances allant de quelques kW à environ 30 kW (*), mais il y a beaucoup à dire et je manque de temps ...
En gros :
- je n'ai pas fait de mesures complètes (ça prendrait un temps fou, il faut enregistrer tous les paramètres en temps réel, hauteur de chute nette, débit, ouverture du distributeur, vitesse de rotation, puissance à l'arbre, et ensuite entrer tout ça sur tableur), mais juste des observations de l'évolution de la puissance en faisant varier la vitesse d'une turbine hélice tournant à débit partiel, pour différentes ouvertures du distributeur.
- ce que j'ai vu, c'est déjà qu'il n'y a pas deux installations se comportant de la même façon ...
- sur une turbine hélice avec distributeur fixe (qu'elle soit ouverte, ou sous bâche semi spirale genre tourbillon, ou encore tubulaire avec un distributeur axial), la variation de vitesse n'apporte pas grand chose : elle ne permet guère de faire baisser le débit quand l'eau manque, ni d'améliorer significativement le rendement à charge partielle
- sur une turbine hélice sous bâche semi spirale, genre tourbillon, avec vanne Uvula, la vanne permet évidement de réduire le débit quand l'eau manque (chose impossible avec les turbines tubulaires immergées présentées abusivement comme semi-Kaplan, mais qui ne sont en fait que de simples turbines hélice à distributeur fixe), et ainsi de turbiner une bonne partie de l'année. La variation de vitesse permet de gagner un peu de rendement à charge partielle, mais ce rendement s'écroule quand même en dessous de disons 40 - 50 % d'ouverture
- sur une turbine hélice ouverte avec distributeur réglable par directrices mobiles, là aussi on peut évidemment s'adapter au débit de la rivière, et là aussi la variation de vitesse apporte une amélioration du rendement à charge partielle, un peu meilleure, disons jusque vers 30 - 40 % d'ouverture, en dessous ça s'écroule.
La variation de vitesse permet surtout de faire tourner à tout instant la turbine à la vitesse optimale, celle donnant le maximum de puissance pour un débit donné, aux débits importants, mais elle ne transformera pas une turbine hélice en semi Kaplan ou bien sûr en Kaplan double réglage.
Remarques :
On retrouve toujours une certaine confusion dans les appellations, et je distingue personnellement :
- les turbines hélice (incidence des pales fixe) à distributeur fixe
- les turbines hélice à distributeur réglable (vanne Uvula ou directrices mobiles venant initialement du brevet Finck)
- les turbines semi Kaplan : incidence des pales réglable
en marche et distributeur fixe
- et les turbines Kaplan, dites aussi DR (double réglage) : incidence des pales réglable en marche et distributeur réglable (radial, incliné ou axial)
Le rendement à charge partielle va en augmentant, depuis les turbines hélices jusqu'aux turbines Kaplan DR
Les fabricants asiatiques appellent "semi Kaplan" des turbines hélice à distributeur réglable, c'est flatteur mais faux.
Je suis un peu perplexe quand je vois les publicités de turbines D*VE , qui sont de simples turbines hélice à distributeur réglable, qui se comparent à des turbines Kaplan DR
Enfin, il faut faire attention lorsqu'on travaille à vitesse variable à ne pas surchauffer le générateur (refroidissement moins efficace) et à ne pas surcharger les bobinages (les onduleurs ou variateurs peuvent en effet appeler un courant trop important, pour garder telle puissance alors que la tension a chuté)
Bref, tout cela est à voir au cas par cas
(*) et même une installation de 200 kW, à laquelle j'ai participé il y a quelques années comme beaucoup d'autres, sans être le décideur final qui était le propriétaire. Technicien compétant et sympathique, mais néophyte en matière d'hydroélectricité, il a conçu et réalisé lui-même son installation en achetant directement la turbine en Chine, les armoires d'onduleur, etc.., à partir d'un mélange de conseils divers (dont les miens) glanés à droite à gauche et de ses convictions personnelles. L'expérience s'est hélas assez mal terminée, et malgré mes demandes je n'ai pas eu de retour concernant l'évolution de la puissance en fonction de la vitesse, pour une position de distributeur donnée, je pense que les résultats étaient décevants.
Bonne journée
dB-)
