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TD sur le barrage Grand Maison

1) Etude de la STEP de Grand'Maison

L'annexe 1 fournit des chiffres tirés de différents sites Internet (dont EDF), dont nous allons vérifier la cohérence.

1.1) Puissance de pompage
   - Dénivelée maxi : Hmax = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
   - Masse volumique de l'eau : ρ = . . . . . . . . . . . .
   - Pression (sans compter les pertes de charges) : p = ρ . g . Hmax = . . . . . . . . . . . . ..
   - Puissance nécessaire pour remonter un débit Q = 135m³/s : Pmax = p . Q = . . . . . . . . . . . . . . .

 

1.2) Volume et débit

   - Volume turbiné par jour : Vjour = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
   Ce volume est-il compatible avec le volume moyen de la retenue inférieure ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
   - Temps de pompage en supposant, au pire, que toute l'eau turbinée doit être remontée :
   t = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .    

   D'après http://www.erdf.fr/classes-temporelles, ce temps est-il compatible avec la durée des heures creuses ?  . . . . . . .

 

1.3) Rendement

D'après le schéma synoptique en annexe, proposez un calcul du rendement r du rendement du cycle de stockage de l'énergie (pompage - turbinage). Justifiez ou critiquez les 22% de pertes annoncés.

Annexe 1 : le barrage de Grand'Maison

Mise en service en 1987, La STEP de Grand'Maison (38114 Vaujany) est la plus puissante installation hydro-électrique de France avec 1800MW. Elle fournit de l'énergie électrique aux heures de pointe, en turbinant l'eau comme une usine hydro-électrique classique. Pendant les heures creuses, l'énergie électrique disponible sur le réseau est utilisée, en inversant le fonctionnement des turbines, pour actionner les pompes de l'usine souterraine qui remontent l'eau de la retenue du Verney en aval vers la retenue de Grand'Maison en amont. On stocke ainsi de l'énergie sous forme potentielle.

Les pompes, situées dans la station souterraine, permettent de remonter 135m³/s de la retenue inférieure vers le lac de Grand'Maison, ce qui nécessite une puissance de 1270MW.
La centrale de Grand'Maison est la réalisation la plus importante de ce principe, déjà appliqué avant la Seconde Guerre mondiale, notamment entre le Lac Noir et le Lac Blanc dans les Vosges. Ainsi, alors que la retenue inférieure a une capacité de 15 millions de m³ seulement, environ 700 millions de m³ sont turbinés annuellement.
Le pompage de l'eau de la retenue basse à la haute consomme plus d'énergie que le turbinage n'en crée : Le complexe hydro-électrique de Grand'Maison présente ainsi un déficit annuel de 300 GWh (1420GWh produits pour 1720GWh consommés en moyenne annuelle, ce qui représente environ 22% de pertes). Mais, même si le système n'est pas rentable au sens de la Physique, il aide à rentabiliser (au sens économique du terme) les heures creuses des centrales hydrauliques au fil de l'eau et des centrales nucléaires.