Le 20 décembre 2022, au terme de 13 ans de travaux, la centrale hydroélectrique de Baihetan a été entièrement raccordée au réseau d’électricité chinois. Avec une puissance installée de 16 000 mégawatts (MW), elle est le dernier maillon du « Couloir d’énergie propre » chinois, une série de six barrages hydroélectriques géants construits le long du fleuve Yangtsé et de ses affluents, qui a considérablement contribué au développement de l’énergie propre dans le pays. La nouvelle centrale produira en moyenne 62,443 milliards de kilowattheures d’électricité propre chaque année.

Construite sur le Jinsha (nom du cours supérieur du Yangtsé), elle est le deuxième plus grand site hydroélectrique au monde, derrière le barrage des Trois Gorges, d’une puissance de 22 500 MW, qui se trouve à 1 300 km plus en aval du fameux « couloir ». La centrale bat d’autres records : si celle des Trois Gorges produit de l’électricité à l’aide de 32 turboalternateurs principaux de 700 MW, celle de Baihetan n’est équipée que de 16 groupes géants, d’une puissance de 1 000 MW, les plus grands générateurs d’hydroélectricité jamais construits.

Turbines géantes

Les dimensions des turbines sont un critère crucial pour produire de l’hydroélectricité à grande échelle. Installer des turbines plus volumineuses mais moins nombreuses permet de réduire les coûts d’installation, de maintenance et d’exploitation, et d’augmenter le rendement de la conversion d’énergie d’une centrale. Avec un rendement de pointe de 96,97 %, celles de Baihetan sont les plus performantes au monde à l’heure actuelle, affirme la China Three Gorges Corporation, producteur d’électricité chinois.

La conception et la construction de ces turbines aux dimensions sans précédent ont constitué un défi technique de taille. L’expertise de SKF a été mise à contribution à plusieurs reprises au cours du projet, à commencer par le cœur des turbines géantes de 50 m de hauteur et de 8 000 tonnes. Dans chacune d’entre elles, un mécanisme de guidage contrôle le flux et la direction de l’eau qui l’alimente avant que celle-ci atteigne le rotor de 2 000 tonnes situé en son centre. Ce mécanisme est donc essentiel à la stabilité, la sécurité, la fiabilité et au rendement de la turbine.

Les fuites d’eau autour des composants mobiles du système de guidage sont l’un des principaux indicateurs de performance. Le fabricant des turbines a fait appel à la technologie d’étanchéité SKF pour réduire les fuites théoriques à travers la paroi des aubes directrices à seulement un dixième du niveau habituel pour ce genre d’équipement, et les fuites d’eau globales de moitié.

Le mécanisme cylindrique de guidage de l’eau est situé dans l’anneau du siège de la volute là où l’eau pénètre dans la turbine. Le joint des coussinets des aubes directrices joue un rôle clé dans la prévention des fuites d’eau sous pression et empêche les sédiments de pénétrer dans le tourillon. L’usure du coussinet peut entraîner un défaut d’alignement des tourillons supérieurs, intermédiaires et inférieurs. Il en résulte une augmentation du jeu vertical de l’aube et des fuites plus importantes, ce qui nuit considérablement au rendement de la conversion d’énergie de l’eau.

Le matériau d’étanchéité SKF H-ECOPUR a été retenu pour les aubes directrices. C’est un élastomère de polyuréthane thermoplastique résistant à l’hydrolyse, présentant une bonne résistance à l’usure, une faible déformation à la compression et une grande résistance au déchirement. SKF a également fourni un joint à bague flottante de 3,4 m de diamètre en polyuréthane moulé spécial G-ECOPUR. Ce matériau est parfaitement adapté au soudage in situ des joints d’étanchéité fendus, les performances du joint étant alors identiques à celles d’une étanchéité monobloc.

La sécurité par la résistance

L’eau qui alimente les turbines de Baihetan est retenue par un barrage-voûte à double courbure en béton de 7 m de large et de 289 m de haut. De la hauteur d’un immeuble de 100 étages, cette structure géante contient plus de 20 milliards de mètres cubes d’eau et résiste à la poussée de 16,5 millions de tonnes exercée par l’eau.

Installer des turbines plus volumineuses mais moins nombreuses permet de réduire les coûts d’installation, de maintenance et d’exploitation, et d’augmenter le rendement de la conversion d’énergie d’une centrale.

Elle a été conçue pour remplir sa mission en toute sécurité dans des conditions extrêmes, y compris en cas d’inondation catastrophique ne se produisant qu’une fois tous les mille ans. Son système d’évacuation des crues consiste en six déversoirs en hauteur et sept en contrebas sur la voute, ainsi que trois canaux de décharge sur la rive gauche. L’écoulement dans la centrale hydroélectrique proprement dite s’effectue par une tour de prise d’eau équipée de trois vannes : une vanne de prise d’eau à plusieurs niveaux, une vanne pour la maintenance et une vanne d’urgence qui peut s’abaisser pour couper l’arrivée d’eau en quatre minutes en cas de conditions hydrologiques dynamiques.

Cette vanne est actionnée par le plus grand treuil hydraulique du monde. D’un diamètre extérieur de 1,19 m pour un diamètre intérieur de 0,95 m, le cylindre géant actionne un piston de 0,45 m de diamètre revêtu de céramique et peut fournir une force maximale de 12 500 kilonewtons en service. Soit de quoi soulever environ 800 voitures.

À l’intérieur du cylindre, le mouvement et la stabilité sont assurés par une nouvelle génération de rotules spéciales SKF. Ces rotules sont composées d’une bague extérieure en alliage de cuivre avec lubrifiant solide intégré et d’une bague intérieure en acier inoxydable. Elles se caractérisent par leur capacité de charge élevée, leur faible frottement, leur résistance à la corrosion, leur durée de service extrêmement longue et leur compacité.

D’autres technologies SKF servent à assurer l’étanchéité du treuil, empêchant le fluide hydraulique de s’échapper sous haute pression et protégeant les composants internes de la corrosion et de l’usure dans les conditions de service difficiles et humides qui prévalent autour du barrage. SKF ECOPUR S SFW a été conçu pour le revêtement céramique de la tige de piston dont est muni le treuil. Ce matériau possède d’excellentes propriétés anti-frottement et anti-roulage, est particulièrement étanche et peut s’adapter à un état de surface plus important que les matériaux conventionnels. Dans le cas du treuil de Baihetan, SKF a également fourni une solution complète de vérins hydrauliques comprenant des joints V-ring , des joints racleurs et des bagues de guidage.

L’énergie sûre, économique, renouvelable et propre fournie par les centrales hydroélectriques joue un rôle crucial dans le développement énergétique de la Chine. Chacune des 16 turbines géantes du nouvel ouvrage de Baihetan contient plus d’un million de composants. Le mécanisme de guidage de l’eau se compose à lui seul de 7 300 pièces, dont les joints SKF ne représentent qu’une infime partie, mais ils jouent eux aussi un rôle déterminant dans le rendement du dispositif. Le système d’étanchéité et les rotules SKF sont des éléments clés du treuil de la vanne, garantissant que l’immense puissance de la deuxième plus grande installation hydroélectrique au monde est toujours sous contrôle