Dans cet article de blog, nous aborderons le fonctionnement, l'agencement et l'efficacité d'une centrale thermique et nous verrons en quoi elle diffère des sources d'énergie renouvelables telles que l'énergie solaire ou l'énergie éolienne.
Qu'est-ce qu'une centrale thermique ?
Une centrale thermique est une installation qui convertit l'énergie thermique en électricité à l'aide d'une turbine à vapeur. Pour produire de la vapeur à haute pression, on utilise du combustible pour faire bouillir de l'eau dans un grand réservoir sous pression, qui alimente une turbine à vapeur reliée à un générateur électrique. Les gaz chauds sont détendus par la turbine et convertis en énergie mécanique rotative qui fait tourner l'arbre d'un générateur électrique. L'énergie électrique générée est ensuite élevée à haute tension par un transformateur et acheminée vers le réseau
Ces centrales se trouvent généralement à proximité des mines de charbon, où le combustible est facilement accessible. Toutefois, les centrales thermiques alimentées au gaz naturel sont de plus en plus courantes en raison de l'abondance du gaz naturel . Ces centrales sont utilisées pour produire de l'électricité à un coût avantageux, mais elles ne sont pas considérées comme des sources propres et efficaces de production d'électricité.
Le fluide (liquide de refroidissement) est l'eau, qui est chauffée pour former de la vapeur à haute pression. Dans certains cas, le gaz chaud de la chambre de combustion est utilisé comme fluide de travail. La centrale thermique produit de l'énergie électrique en transformant l'énergie thermique en travail mécanique au moyen d'une turbine.
Comment fonctionne une centrale thermique ?
Elle utilise une chaudière pour produire de la vapeur à haute pression. La vapeur est ensuite envoyée dans une turbine, qui fait tourner l'arbre d'un générateur électrique. L'électricité est élevée à haute tension et acheminée vers le réseau. Ces centrales sont utilisées pour produire de l'électricité à un taux rentable, mais elles ne sont pas des sources de production d'électricité aussi propres et efficaces.
Les composants d'une centrale thermique sont la chaudière, la turbine et le générateur. Le composant principal est la chaudière. La chaudière utilise du combustible pour produire de la vapeur à haute pression. Le type de combustible utilisé peut varier, mais le plus courant est le charbon. La vapeur passe ensuite dans une turbine qui fait tourner un générateur électrique pour produire de l'électricité.
Le processus de production d'électricité dans ces centrales n'est pas aussi efficace que les sources d'énergie nucléaires ou renouvelables, car elles dépendent de combustibles fossiles qui libèrent du dioxyde de carbone lorsqu'ils sont brûlés. Toutefois, tant qu'il n'y aura pas de meilleures alternatives aux centrales thermiques, celles-ci continueront à jouer un rôle important dans la fourniture d'une électricité rentable et fiable.
Types de centrales thermiques :
Les différents types de centrales thermiques sont décrits en détail ci-dessous.
Centrales thermiques a charbon :
La centrale thermique au charbon est une centrale électrique dans laquelle le charbon est utilisé comme combustible principal pour produire de l'électricité. Elle comprend également le « charbon bitumineux » et le « lignite ». Selon leur rang en termes de densité énergétique, les centrales thermiques au charbon peuvent être classées en quatre catégories : les centrales supercritiques, les centrales ultra-supercritiques, les centrales à lit fluidisé circulant (CFBC) et les centrales thermiques au charbon pulvérisé (PF). Aujourd'hui, les unités supercritiques sont préférées aux autres unités en raison de leur efficacité thermodynamique élevée. Les conditions de vapeur du cycle pour des turbines d'environ 500 MW seraient de ~ 600 psi/550°F et 3300 psig/ 1000°F pour le réchauffage.
Centrales thermiques a gaz naturel :
Les centrales électriques qui utilisent le gaz naturel comme combustible principal sont appelées centrales thermiques au gaz naturel. Ces centrales produisent de l'électricité en brûlant du gaz naturel pour produire de la vapeur à haute pression. Cette vapeur haute pression est ensuite envoyée dans une turbine qui fait tourner l'arbre d'un générateur électrique. L'électricité est portée à haute tension et acheminée vers le réseau.
Le principal avantage de l'utilisation du gaz naturel est qu'il produit moins de dioxyde de carbone que d'autres combustibles, tels que le charbon. Les centrales thermiques au gaz naturel sont donc plus respectueuses de l'environnement que les centrales thermiques au charbon
Centrales thermosolaires :
Ces centrales utilisent l'énergie solaire pour produire de la chaleur. Cette chaleur est utilisée pour produire de la vapeur à haute pression, qui est ensuite envoyée dans une turbine pour produire de l'électricité.
L'énergie solaire thermique n'est pas aussi répandue que les autres types de centrales thermiques, mais elle pourrait devenir plus populaire à l'avenir, à mesure que la technologie solaire se perfectionne.
Centrales géothermiques :
Les centrales thermiques qui utilisent l'énergie géothermique comme principale source de chaleur sont appelées centrales thermiques géothermiques. L'énergie géothermique provient des sources de chaleur naturelles de la terre, telles que les sources chaudes et les volcans,ces dernières es sont l'un des types de centrales thermiques les plus respectueux de l'environnement car elles ne produisent aucune émission.
Centrales hydrothermiques :
Les centrales électriques qui utilisent l'eau d'une rivière ou d'un lac pour produire de la vapeur à haute pression sont appelées centrales hydrothermiques. La vapeur à haute pression est ensuite envoyée dans une turbine pour produire de l'électricité.
Les centrales hydrothermiques sont le type le plus courant de centrales thermiques et représentent la majorité de la production d'électricité dans le monde
Centrales thermiques nucléaires :
Les centrales électriques qui utilisent du combustible nucléaire pour produire de la chaleur sont appelées centrales thermiques nucléaires. La chaleur est utilisée pour produire de la vapeur à haute pression, qui est ensuite envoyée dans une turbine pour produire de l'électricité.
Les centrales nucléaires thermiques sont l'un des types de centrales thermiques les plus populaires et représentent 2 % de la production mondiale d'électricité. Toutefois, ce chiffre pourrait augmenter si davantage de pays choisissaient d'investir dans l'énergie nucléaire, qui produit peu d'émissions et ne nécessite pas de combustible.
Centrales thermiques renouvelables :
Les centrales électriques qui utilisent des ressources renouvelables telles que la biomasse (biocarburant), l'énergie solaire et l'énergie géothermique comme principale source de chaleur sont connues sous le nom de centrales thermiques renouvelables.
Ces centrales sont respectueuses de l'environnement car elles ne produisent pas d'émissions. Cependant, l'inconvénient est qu'elles nécessitent plus d'entretien que les autres types de centrales thermiques.
En conclusion, il existe différents types de centrales thermiques qui peuvent être utilisées pour produire de l'électricité. Chaque type a ses propres avantages et inconvénients, il est donc important de choisir la bonne centrale pour la bonne application. Les centrales thermiques constituent un élément important de notre infrastructure énergétique et sont responsables de la majeure partie de la production d'électricité dans le monde.
Les composantes d'une centrale thermique
Les principaux composants d'une centrale thermique sont la chaudière, la turbine, le générateur et la tour de refroidissement. La fonction de chaque composant est la suivante :
- Chaudière : L'objectif de la chaudière est de convertir l'eau en vapeur à haute pression.
- Turbine : La turbine convertit la vapeur à haute pression en énergie rotative, qui est utilisée pour alimenter le générateur.
- Générateur : Le générateur convertit l'énergie de rotation de la turbine en énergie électrique.
- Tour de refroidissement : la fonction de la tour de refroidissement est d'éliminer la chaleur des gaz d'échappement de la turbine et de les condenser dans l'eau afin qu'ils puissent être recyclés.
- Condenseur : le condenseur refroidit la vapeur provenant de l'échappement de la turbine et la convertit en liquide afin qu'elle puisse être recyclée dans la chaudière.
- Salle de contrôle : La salle de contrôle sert à surveiller les performances de la centrale électrique.
- Parc à charbon : Il s'agit d'un entrepôt de stockage du charbon qui alimente la chaudière.
- Convoyeur de charbon : Il s'agit d'un système permettant d'acheminer le charbon du parc à charbon vers la chaudière.
- Station de traitement des eaux : La station de traitement des eaux est utilisée pour traiter l'eau avant qu'elle ne soit recyclée dans la chaudière.
- Ligne de transmission : La ligne de transport achemine l'électricité de la centrale au réseau.
L'agencement de la centrale thermique peut être modifié en fonction des exigences du site. Par exemple, une tour de refroidissement peut être supprimée si l'air ambiant disponible est suffisant pour refroidir les gaz d'échappement de la turbine.
Rendement d'une centrale thermique
Les rendements des centrales thermiques sont classés en fonction du taux de production de vapeur (liquide). Le rendement thermique peut être défini comme suit :
ηth = Wnet/Wgen,
ηth = Rendement thermique du cycle de production de vapeur .
Wnet = Travail net produit .
Wgen = Travail fourni au système par la combustion du combustible dans une chaudière ou une autre source de chaleur.
Avantages des centrales thermiques :
Les centrales thermiques sont le type de centrale électrique le plus répandu aujourd'hui. Elles produisent de l'électricité en brûlant du charbon, du gaz naturel ou du pétrole pour produire de la vapeur. La vapeur est ensuite utilisée pour faire tourner des turbines qui produisent de l'électricité. Les centrales thermiques présentent un certain nombre d'avantages par rapport aux autres types de centrales :
Elles sont très efficaces. Elles peuvent convertir jusqu'à 50 % de l'énergie contenue dans le combustible en électricité.
Elles sont fiables. Elles peuvent résister à de courtes pannes et continuer à produire de l'électricité.
Elles sont relativement bon marché à construire et à exploiter.
Elles émettent moins de pollution que les autres types de centrales électriques. Elles sont donc plus respectueuses de l'environnement.
Elles constituent une source d'énergie stable.
Elles produisent de l'électricité 24 heures sur 24, ce qui les rend plus fiables que les sources d'énergie renouvelables.
Elles ont une longue durée de vie. Elles peuvent fonctionner pendant 50 ans ou plus sans nécessiter de rénovations importantes.
Elles ne sont pas aussi bruyantes que d'autres types de centrales électriques.
Elles peuvent être construites très rapidement pour répondre à un besoin temporaire d'électricité.
Leur construction est moins coûteuse que celle des centrales nucléaires ou hydroélectriques.
Inconvénients des centrales thermiques.
Les centrales thermiques présentent les inconvénients suivants
Elles émettent du dioxyde de carbone, ce qui provoque le réchauffement climatique.
Elles émettent des gaz nocifs tels que le dioxyde de soufre, les oxydes d'azote et le mercure dans les cheminées d'émission, ce qui peut provoquer des pluies acides, du smog et des problèmes respiratoires chez la population habitées au voisinage.
Elles polluent les terres environnantes avec des cendres toxiques après leur combustion. Elles peuvent endommager la fertilité des sols .
Elles émettent une grande quantité de chaleur résiduelle qui peut augmenter la température dans les zones avoisinantes. Cette chaleur résiduelle est considérée comme un polluant et la centrale électrique rejette de l'eau chaude ou de la vapeur pour refroidir le système.
Elles détruisent les arbres, les habitats de la faune et de la flore et la végétation naturelle.
Elles nécessitent de bonnes infrastructures de transport pour acheminer les combustibles tels que le charbon depuis les mines. Elles nécessitent également de bonnes installations de stockage jusqu'à ce que les centrales électriques en aient besoin.
Elles ont besoin d'une grande superficie de terrain pour supporter les bâtiments, l'exploitation minière, le stockage des combustibles et les décharges de cendres lorsqu'elles fonctionnent à plein régime, ce qui affecte le mode de vie de la communauté locale.
Conclusion :
Les centrales thermiques sont le type de centrale électrique le plus répandu aujourd'hui. Elles présentent un certain nombre d'avantages par rapport à d'autres types de centrales, notamment la fiabilité, les faibles émissions et la capacité à produire de l'électricité 24 heures sur 24. Cependant, elles présentent également un certain nombre d'inconvénients, notamment la production de dioxyde de carbone et d'autres gaz nocifs, la pollution des sols et des cours d'eau, et la nécessité de disposer d'une grande superficie. Malgré ces inconvénients, les centrales thermiques restent l'option la plus rentable et la plus fiable pour produire de l'électricité.
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