Variabilité du régime d’écoulement des centrales hydroélectriques

Le Pérou compte plus de 70 centrales hydroélectriques qui fournissent environ la moitié de l’électricité du pays. Cependant, un mélange de pressions climatiques, environnementales et sociales rend les débits fluviaux plus imprévisibles que jamais. Parmi ces pressions se trouvent le phénomène El Niño, qui entraîne des températures océaniques exceptionnellement chaudes et perturbe les situations météorologiques, ainsi que la demande croissante en eau dans les bassins fluviaux pour l’agriculture, les villes et l’industrie.

Les turbines qui produisent de l’électricité dans ces centrales ont besoin d’un débit d’eau constant. Même des changements à court terme peuvent affecter leurs limites d’exploitation et réduire fortement la production d’énergie. Au fil du temps, ces changements peuvent endommager l’équipement et entraîner de longues interruptions, réduisant ainsi la capacité du pays à produire de l’électricité.

Bon nombre des centrales hydroélectriques du Pérou ont été construites il y a plusieurs décennies, avant que des outils modernes de suivi de l’eau et des conditions météorologiques ne soient disponibles. Par conséquent, les études utilisées pour les concevoir sont maintenant désuètes. Les conditions des cours d’eau ont changé, les régimes climatiques sont plus difficiles à prévoir et les outils actuels permettant de mesurer et de modéliser ces changements sont beaucoup plus avancés.

Malheureusement, la réglementation qui régit ces systèmes n’a pas suivi les changements environnementaux et technologiques.

Les retards dans l’obtention des permis et licences environnementaux peuvent retarder l’élaboration de projets et augmenter les coûts. Les événements climatiques extrêmes pendant le processus d’approbation justifient souvent la mise à jour des données hydrologiques, ce qui ajoute de la complexité et un besoin d’adaptation constant au processus.

Si certaines conséquences de la variation des débits sont évidentes, comme la réduction de la production d’énergie, d’autres sont moins évidentes, mais tout aussi importantes. Des débits extrêmement élevés peuvent augmenter la charge sédimentaire et endommager l’équipement, tandis que des sécheresses prolongées peuvent causer des interruptions opérationnelles. Ces défis soulignent la nécessité d’une gestion adaptative et prospective des ressources en eau pour assurer la durabilité et l’efficacité à long terme.

Le rapport d’Osinergmin sur le premier trimestre de 2024 souligne l’ampleur des risques environnementaux. En effet, il a noté que les phénomènes naturels et les cas de force majeure ont causé 23 % des interruptions de service, ce qui représente plus de la moitié des temps d’arrêt totaux. 

Conception pour un avenir variable

Lors des étapes de planification et de conception d’un projet hydroélectrique, il est essentiel d’effectuer une analyse hydrologique rigoureuse et détaillée des modes d’écoulement de l’eau. Les tests recommandés comprennent l’exposant de Hurst, qui aide à déterminer si le débit du cours d’eau semble suivre les tendances à long terme, et l’analyse des fluctuations redressées (DFA) pour détecter les changements et les fluctuations dans le temps. Il est également important d’effectuer des tests aléatoires et de tendances pour déterminer les modèles significatifs qui pourraient avoir une incidence sur la conception hydraulique et l’exploitation future de la centrale.

Conception axée sur la résilience : Outils de prédiction et infrastructures tenant compte du climat

Les outils de prévision, y compris l’intelligence artificielle, sont essentiels pour prédire les événements extrêmes comme les sécheresses prolongées ou les inondations intenses. Les sédiments, qui peuvent obstruer l’équipement hydroélectrique et causer des dommages importants, sont un autre facteur important à prendre en compte. L’utilisation de modèles informatiques spécialisés qui simulent le mouvement des sédiments, en particulier dans les bassins versants où l’eau s’accumule et s’écoule dans la centrale, peut aider à éclairer la conception structurale et à réduire les risques.

Les scénarios de changements climatiques doivent aussi être intégrés dès le départ. L’intégration de projections de la variabilité climatique permet une conception d’infrastructures résilientes qui favorise la viabilité technique, économique et environnementale à long terme.

Exploitation en temps réel

Une fois qu’une centrale hydroélectrique est en fonction, qu’il s’agisse d’une centrale au fil de l’eau, qui utilise le débit naturel de la rivière avec peu ou pas d’eaux retenues, ou d’une centrale dotée d’un réservoir, qui stocke l’eau dans un barrage et la libère au besoin, sa capacité à produire de l’électricité dépend fortement d’un débit d’eau constant. Les plans de gestion devraient tenir compte des besoins en infrastructures, de l’évolution des conditions hydrologiques, des exigences écologiques en aval et des demandes concurrentes liées à l’agriculture, à l’approvisionnement urbain et à la conservation.

Une communication régulière entre tous les utilisateurs du bassin versant est essentielle pour réagir aux événements extrêmes et optimiser l’utilisation de l’eau. Dans certains cas, la formation d’un comité sur les bassins versants peut faciliter la coordination. Pour les centrales au fil de l’eau, qui ont une capacité limitée à réguler le débit, des systèmes de prévision et d’alerte précoce sont essentiels pour anticiper les inondations ou les sécheresses. Les centrales dotées de réservoirs bénéficient également de ces systèmes, ce qui permet une planification plus précise du rejet des eaux en fonction de la production d’énergie, des besoins environnementaux et de la sécurité.

L’amélioration continue de l’instrumentation et de la surveillance est également essentielle. L’installation de capteurs de niveau, de débit, de turbidité, de température et de qualité de l’eau, tant dans le réservoir qu’en aval, permet une gestion adaptative précise. Pour les centrales au fil de l’eau, ces capteurs permettent de détecter un débit insuffisant ou excessif pouvant affecter le fonctionnement de la turbine ou les débits minimums requis. Dans les centrales dotées de réservoirs, des réseaux de surveillance robustes soutiennent l’évaluation du stockage, la prévision de l’évolution des ressources et la prise de décisions éclairées concernant le fonctionnement des évacuateurs, des vannes et des turbines.

La technologie pour la résilience