Ce n’est pas le vent ou le soleil, mais plutôt l’eau qui est la source d’énergie renouvelable la plus fiable de la planète
La capacité des systèmes hydroélectriques mondiaux a atteint un nouveau sommet de 1 308 gigawatts l’année précédente (pour mettre ce chiffre en perspective, un seul gigawatt équivaut à la puissance produite par 1,3 million de chevaux de course ou 2 000 Corvettes en vitesse). Les entreprises de services publics du monde entier comptent sur l’hydroélectricité pour produire de l’électricité, car elle est peu coûteuse, peut être facilement stockée et expédiée et est produite sans combustion de carburant.
Cela signifie que l’hydroélectricité ne libérera pas de dioxyde de carbone ou d’autres polluants, contrairement aux centrales électriques qui brûlent des combustibles fossiles tels que le charbon ou le gaz naturel. L’hydroélectricité est produite sans combustion de combustible.
Cependant, il y a un coût pour
l’environnement associé à l’hydroélectricité, tout comme il y en a avec d’autres formes d’énergie. L’hydroélectricité peut faire des ravages sur les animaux aquatiques indigènes et les écosystèmes dans lesquels ils se trouvent, en plus d’avoir un impact dramatique sur les écosystèmes en raison du détournement et de la construction de barrages de grands cours d’eau.
La grande majorité des bassins versants à travers le monde sont dans un état de grave détérioration, avec des cours d’eau contaminés et une technologie désuète. Certains de ces bassins versants utilisent
l’hydroélectricité depuis plus d’un siècle. Parce que les réservoirs traditionnels sont généralement des plans d’eau immobiles, ils sont généralement le cadre de la croissance des proliférations d’algues nuisibles, également connues sous le nom de HAB. Ces proliférations peuvent être préjudiciables aux humains, aux poissons, aux crustacés, aux mammifères marins et aux oiseaux.
Les grands barrages hydroélectriques ont non seulement le potentiel de changer radicalement le tracé de la voie navigable, mais ils peuvent également être une zone de mort pour les poissons. Les pales à rotation rapide des turbines ont le potentiel de les couper et de bloquer leur chemin de migration. Dans le cas où les poissons sont capables de se frayer un chemin autour des pales, des changements rapides de pression et de contraintes de cisaillement peuvent leur être fatals lorsqu’ils traversent la turbine.
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Est-il possible de produire de l’électricité propre et renouvelable à partir des rivières tout en réhabilitant l’habitat et les espèces environnantes? Les ingénieurs se sont penchés sur la possibilité de changer l’avenir de l’hydroélectricité en développant des turbines sans danger pour les poissons. La start-up californienne Natel Energy a collaboré avec la société d’investissement Breakthrough Energy Ventures, fondée par bill Gates, cofondateur de Microsoft, pour développer un nouveau type de turbine à bords arrondis qui aide davantage pêcher pour survivre. En plus de préserver les populations de poissons, l’objectif principal de la turbine de Natel est de produire de l’hydroélectricité résiliente au climat, suffisamment robuste pour résister à l’imprévisibilité des régimes de précipitations.
Respectueux de la faune
« Le défi que nous relevons est de savoir comment exploiter les grands attributs de l’hydroélectricité en tant que ressource d’énergie renouvelable – sa fiabilité et sa dispatchabilité », explique Abe Schneider, directeur de la technologie de Natel et ingénieur en mécanique de formation. « Le défi que nous relevons est de savoir comment exploiter les grands attributs de l’hydroélectricité en tant que ressource d’énergie renouvelable tout en réduisant l’impact environnemental et les coûts. »
« Une turbine sûre pour les poissons, compacte et haute performance fournit exactement cela », écrit l’auteur. « Lorsqu’elle est associée à une meilleure connaissance de la quantité d’eau qui s’écoulera et du moment où elle s’écoulera, l’ensemble de la solution fonctionne ensemble pour produire un système hydroélectrique moderne. »
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Les centrales hydroélectriques conventionnelles produisent de l’électricité en utilisant la force et la pression exercées sur l’eau lorsqu’elle traverse des goulottes dans un barrage sur son chemin d’une altitude plus élevée à une altitude plus basse.
Une turbine peut être vue positionnée près de la base de la goulotte. L’eau est utilisée pour faire tourner la turbine, qui génère de l’énergie qui peut être envoyée aux maisons et aux entreprises. Mais c’est aussi la voie principale pour les poissons migrateurs, comme le saumon ou l’anguille, et ils courent le risque d’être pris dans les lames minces et tranchantes du mécanisme.
La turbine développée par Natel, d’autre part, utilise des pales épaisses incurvées. En raison de la nature de leur conception, la turbine est capable de doubler les vitesses de frappe autorisées, ce qui permet le développement d’une taille de turbine relativement petite et peu coûteuse qui assure également le passage en toute sécurité des poissons migrateurs.
Une conception de roue d’épingle pour les pales d’une turbine, par opposition aux rayons qui sortent directement du moyeu de la turbine, entraîne un coup d’œil plutôt qu’une frappe en forme de couteau des pales de la turbine. Selon Abe, « D’un point de vue technique, une lame épaisse produit une zone de pression qui aide à éliminer les choses de son chemin.
C’est presque comme un airbag pour le poisson, donc l’impact est faible. » Cette conception élimine également l’exigence d’un « rack à ordures », qui est un écran standard placé à l’entrée de la turbine pour collecter les ordures. Cet écran est généralement érigé pour empêcher les petits poissons de pénétrer dans l’équipement.
Résilience climatique
Ensemble, Abe et sa sœur Gia Schneider, qui est également ingénieure et directrice générale de l’entreprise, ont reconnu que l’approche traditionnelle de l’hydroélectricité n’était pas adaptée aux conditions modernes en raison de l’évolution des conditions météorologiques et de la pluie. En conséquence, Abe et Gia Schneider ont cofondé Natel Energy.
Le type d’hydroélectricité repensé de Natel a le potentiel de rendre les bassins versants plus résilients face à une sécheresse prolongée ou à des inondations qui menacent des endroits dans le monde entier et au changement climatique qui favorise des conditions météorologiques inattendues.
Gia explique qu’un changement dans le climat est un changement dans l’eau. « Nous avons reconnu une opportunité de réinventer les centrales hydroélectriques avec des techniques issues du génie civil et environnemental, y compris les turbines sans danger pour les poissons, l’apprentissage automatique et l’imagerie satellitaire », a déclaré l’un des chercheurs.
En fait, les fortes fluctuations climatiques d’une année à l’autre et l’imprévisibilité des précipitations ne feront que rendre le besoin de nouvelles solutions plus pressant. Si elle est réalisée de manière durable, l’hydroélectricité a le potentiel de fonctionner comme une source de combustible vert tout en offrant un certain nombre d’autres avantages, tels que la prévention des inondations, l’irrigation, la réduction des effets de la sécheresse et l’approvisionnement en eau.
La turbine fabriquée par Natel est connectée à la
technologie satellitaire, ce qui permet aux exploitants de
centrales hydroélectriques de surveiller les conditions changeantes du bassin versant, telles que le « verdissement » printanier (lorsque la neige fond et que les plantes commencent à germer), et de faire des prévisions plus précises concernant l’écoulement de l’eau.
Ce logiciel utilise l’apprentissage automatique pour développer des modèles en temps réel du terrain environnant en réponse aux circonstances changeantes sur le terrain, ce qui, à son tour, permet de générer des prévisions d’eau plus précises.
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Stephen Amaral, biologiste principal des pêches chez Alden Research Labs dans le Massachusetts, estime que « le... est très important pour l’avenir de l’hydroélectricité, car il offre une alternative écologiquement durable aux
systèmes hydroélectriques plus conventionnels.
Cette déclaration a été faite par Amaral. Alden Labs se consacre à la recherche de solutions aux problèmes d’ingénierie et d’environnement liés aux flux qui affectent une variété de secteurs.
La société a effectué un certain nombre de tests de frappe de lame en utilisant un appareil qui avait été construit sur mesure à cet effet.
Cet appareil leur a donné la capacité de soumettre les poissons qui avaient reçu une anesthésie à des vitesses et des géométries variables des aubes de turbine. Selon Amaral, « Nos expériences les plus récentes ont été menées avec les turbines de Natel ». « Nous avons pu montrer que [la turbine] a contribué à une augmentation du nombre de poissons qui ont survécu . »
La vision de Natel, appelée Restoration Hydro, s’éloigne des grands barrages conventionnels pour se tourner vers un
une stratégie plus décentralisée et inspirée du biomimétisme. Avant que les humains n’interviennent et ne créent des aqueducs et des canaux, la majorité des rivières d’Amérique du Nord étaient obstruées par des rondins et des barrages de castors, qui empêchaient l’eau de s’écouler librement. Les cascades qui imitent les structures construites par les castors forcent l’eau à se déplacer plus lentement, ce qui entraîne la formation de petits étangs et de zones humides.
Cela donne suffisamment de temps pour que l’eau s’enfonce dans la terre, ce qui se traduit finalement par une augmentation de la nappe phréatique. Lorsque la nappe phréatique est plus élevée, il y a plus de capacité de stockage des eaux souterraines, ce qui permet aux bassins versants de supporter plus facilement de longues périodes de sécheresse.
Parce que ces systèmes distribués liés sont conçus pour restaurer spécifiquement la connectivité fluviale pour les poissons et autres espèces sauvages, améliorer l’assainissement de l’approvisionnement en eau et la productivité agricole, ainsi que soutenir les moyens de subsistance et le développement socio-économique des communautés locales, le système de Natel est un choix évident pour les pays qui sont encore en train de développer leurs économies.
Gia explique que « notre stratégie est distribuée », ce qui comprend « des projets individuels plus petits qui sont liés en groupes qui sont exploités en coordination ». Cela nous permet de créer de l’hydroélectricité sans avoir besoin de barrages massifs.
Parce que les centrales hydroélectriques peuvent commencer à produire de l’électricité pour le
réseau presque instantanément, elles sont une source cruciale d’énergie de secours dans un contexte de perturbations importantes ou de
pannes d’électricité (l’énergie hydraulique a en fait été très demandée pendant la crise du Covid-19, car la production d’électricité a été peu affectée en raison du degré d’
automatisation des installations modernes).
Malgré le fait qu’elle en soit encore aux premières phases de développement, la turbine de Natel Energy est maintenant opérationnelle. La société a ouvert sa première
centrale hydroélectrique en 2019 aux États-Unis, et une deuxième est actuellement en construction et sa mise en service est prévue plus tard cette année.
À une époque où les entreprises du monde entier cherchent à passer à un réseau à faible ou zéro carbone, des turbines mieux conçues peuvent aider à atteindre une fiabilité et un stockage d’énergie élevés, ce qui peut améliorer la
résilience climatique tout en permettant aux saumons de continuer à nager joyeusement en amont.
https://panneauxsolaire.eu/energie-renouvelable-puissante/?feed_id=506&_unique_id=637c851f1a61d
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