• Citer

Etude du potentiel hydroélectrique de la province Kayanza (Burundi): Application de la turbine Banki-Michell dans l'électrification des zones rurales

par Niyonzima, Jean Bosco
Président du jury Degrez, Gérard
Promoteur Hendrick, Patrick
Publication Non publié, 2020-05-26

Thèse de doctorat

• Accès en ligne
• Détails
• Contenu
• Statistiques

Résumé :

L’objectif de cette thèse est de mener une étude expérimentale d’une turbine Banki-Michell pouvant fonctionner dans les conditions hydrologiques des petites rivières du Burundi et d’en tirer des lois de dimensionnement de ce type de turbine et pour ses applications. Pour cela, une campagne de mesures de débit a été réalisée de janvier à décembre 2017 sur la rivière Mwogere au Burundi en utilisant la méthode des points réduits. Les résultats ont montré que le débit de la rivière Mwogere varie en fonction des saisons. Le débit est plus élevé pendant la saison des pluies et plus petit pendant la saison sèche. Le débit nominal obtenu est de 1,18 m3/s. Au laboratoire hydraulique de ULB-ATM, un banc d’essais de la turbine Banki-Michell a été installé et des essais de performance de cette turbine ont été réalisés. Les résultats obtenus montrent que la turbine Banki-Michell est peu sensible aux variations de débit au cours de son fonctionnement. Le rendement varie entre 40 et 60% pour une plage de débit variant entre 15 et 20% du débit nominal. Au-delà de 20% du débit nominal, le rendement de la turbine se situe entre 70 et 74%. Pour une turbine Banki-Michell fonctionnant avec une ouverture de la vanne statorique inférieure à 50%, la turbine est susceptible de présenter le phénomène de cavitation dans l’injecteur, entre le corps de l’injecteur et le siège de la vanne. Une étude avec simulations numériques a été réalisée avec l’outil de simulations ANSYS-WORKBENCH et les résultats montrent que ce phénomène apparait pour une ouverture de la vanne inférieure ou égale à 30% quand la turbine fonctionne à 5,0 m de hauteur chute. Pour un fonctionnement avec une hauteur de chute de 20,0 m, le phénomène de cavitation apparaît à 40% et moins d’ouverture de la vanne statorique. Dans le but d’étudier le potentiel hydroélectrique du site de Ryamukona et des applications de la turbine Banki-Michell au Burundi en général, un calcul de dimensionnement d’une turbine adéquate pour le site Ryamukona a été fait. Les résultats donnent une puissance potentielle de la turbine de 83,3 kW. On remarque que la charge électrique pour le site de Ryamukona est principalement constituée par l’éclairage des ménages qui occupe 56% de toute la charge électrique.

The goal of this PhD thesis is about to conduct an experimental study of Banki-Michell turbine that can operate in the real hydrological conditions of small rivers in Burundi and then conclude on the design laws for such turbine and for such applications.In that way, a flow measurement was carried out from january to december 2017 on the Mwogere River in Burundi. The results showed that the discharge of the Mwogere River varied in seasonal way. The flow rate is higher during the rainy period and smaller during the dry season. The measured nominal discharge is about 1.18 m3/s.In the hydraulic laboratory of ULB-ATM, a Banki-Michell test-bench was installed and the turbine was tested for performance. The results showed that the turbine still lower sensitive to flow variations during its operation. The efficiency of the turbine varies between 40 and 60% for a flow range varying between 15 and 20% of the nominal flow rate. Above the 20% of the nominal flow rate, the efficiency of the turbine is between 70 and 74%. When Banki-Michell is operating, the cavitation phenomena could occur in the injector when the valve openings are lower than 50%. Numerical study was then done with the ANSYS-WORKBENCH and the results showed that the cavitation is occurring when the turbine operates at 5.0 m height for valve opening is lower or equal to 30%. In the case that the turbine is operating at 20.0 m height, the cavitation occurs at 40% and less of the valve opening. At the end, an assessment of the hydroelectric potential of the Ryamukona site was done in order to define the real geometry of a Banki-Michell turbine which could operate in the real hydrological conditions of the Mwogere River. Calculations gave a potential power required of the site of 83.3 kW. It was noted from the scheduled load of the Ryamukona site, that the major part of the electrical load is consumed by lighting the households, with 56% of the total scheduled load.