Centrale électrique - Définition

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Une centrale (de production d'énergie) électrique est un site industriel qui produit de l'électricité en grande quantité.

Les centrales électriques transforment des sources d'énergie naturelles en énergie électrique, afin d'alimenter en électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la...) des consommateurs, particuliers ou industriels relativement lointain. Le réseau électrique (Un réseau électrique est un ensemble d'infrastructures permettant d'acheminer...) est utilisé pour transporter/distribuer l'électricité jusqu'aux consommateurs.

Différentes sources d'énergie sont utilisés dans les centrales.

Centrales thermiques à flamme

Centrale thermique à flamme de Chicago (USA)
Centrale thermique (Une centrale thermique est une centrale électrique qui produit de l'électricité...) à flamme de Chicago (Chicago est une mégapole des États-Unis, située dans la partie nord du Middle West, à...) (USA)
Centrale thermique à flamme à Porcheville (Yvelines)
Centrale thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...) à flamme à Porcheville (Yvelines)
Centrale nucléaire de Cattenom
Centrale nucléaire de Cattenom (La centrale nucléaire de Cattenom est une centrale nucléaire exploitée par...)

Les centrales thermiques à flamme utilisent des combustibles chimiques pour produire de la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) transformée en énergie mécanique (L'énergie mécanique est une quantité utilisée en mécanique classique pour désigner l'énergie...) par un cycle moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur...), lui même alimentant un alternateur. Les combustibles sont généralement fossiles :

    • charbon
    • pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de...)
    • gaz naturel (Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures présent...)

Des combustibles renouvelables telles le bois ou le biogaz (Le biogaz est le gaz produit par la fermentation de matières organiques animales ou...) sont parfois utilisés.

Centrales conventionnelles à chaudières

Les centrales les plus répandues sont constituées d'une chaudière (Une chaudière est un appareil (voire une installation industrielle, selon sa puissance),...) et d'une turbine (Une turbine est un dispositif rotatif destiné à utiliser la force d'un fluide (eau, vapeur, air,...) à vapeur () (cycle Rankine). Leur carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme...) est le plus souvent du charbon mais on trouve aussi des chaudières utilisant de la biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces...), du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) naturel, du pétrole, ou des déchets municipaux.

La plupart des centrales à charbon sont de type " feu pulvérisé ", où le charbon est réduit en poudre (La poudre est un état fractionné de la matière. Il s'agit d'un solide présent...) très fine et injecté dans la chaudière. Les centrales les plus récentes possèdent un cycle vapeur supercritique, qui permet d'avoir un rendement qui dépasse 45%.

Turbines à gaz

Les turbines en cycle simple sont peu coûteuses à construire, de plus elles ont l'avantage de démarrer très rapidement (contrairement aux chaudières à vapeur qui ont une certaine inertie). Néanmoins, leur rendement faible (35% au mieux) empêche de les utiliser directement pour la production d'électricité sans valoriser leur chaleur résiduelle, sauf en appoint lors des pics de demande ou à toute petite échelle.

Les gaz d'échappement des turbines à gaz étant très chauds (de l'ordre de 600°C), la chaleur peut être réutilisée de diverses façons. La cogénération (La cogénération (ou « co-génération ») est un principe de...) (ou tri-génération) est le plus souvent associée aux turbines à gaz ; les gaz d'échappement alimentant une chaudière qui founit de la chaleur (généralement sous forme de vapeur) et/ou une turbine fournissant de l'énergie mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) (mouvement) pour un process industriel.

Obstacles, défauts ou inconvénients

  • Les sources d'énergie fossiles ont le défaut d'être épuisables et polluantes, induisant de plus une dépendance à l'égard des producteurs de ressources (gaz, pétrole, charbon, uranium (L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92. C'est un...)..)
  • Le caractère très centralisé des centrales, et la dépendance au réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) électrique THT les rends vulnérable
  • Les centrales thermiques à flamme produisent du dioxyde et monoxyde de carbone (Le monoxyde de carbone est un des oxydes du carbone. Sa formule brute s'écrit CO et sa formule...), des oxydes de l'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de...) et de la vapeur d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) (tous étant gaz à effet de serre) et d'autres polluants (poussières, métaux lourds, dont mercure, dioxyde de soufre (Le dioxyde de soufre (ou anhydride sulfureux) est un composé chimique constitué de deux...) ...) contribuant aux smogs photochimiques, à la production d'Ozone (L’ozone (ou trioxygène) est un composé chimique comportant 3 atomes...) troposphérique, et de pluies, brumes et brouillards acides.

Avantages

La production d'énergie est relativement indépendante des conditions météorologiques, la source d'énergie peut être (dans une certaine mesure) facilement stockée et la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) est très élevée.

Elles permettent de faire de la cogénération : lorsque l'on a besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est...) à un endroit déterminé (agglomération, industries chimiques, serres, ...) de chaleur en grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...), il est intéressant de créer une centrale thermique qui produit de l'électricité et dont le circuit de refroidissement sert de source de chaleur pour l'application désirée. (les centrales solaires, hydraulique (L'hydraulique désigne la branche de la physique qui étudie les liquides. En tant que telle, les...) et l'éolien le permettent aussi, mais quand le soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...), l'eau ou le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface...) sont présents)

C'est une manière de rentabiliser les inévitables pertes de ce type de centrales. la Co- ou tri-génération ne sont cependant pas encore systématiques.

Centrales nucléaires

Ces centrales utilisent également des cycles de conversion thermodynamique, néanmoins leur "chaudière" est un réacteur nucléaire (Un réacteur nucléaire est un dispositif dans lequel une réaction en chaîne est...). L'énergie nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) obtenue à la suite de réactions de fission de l'uranium et du plutonium (Le plutonium est un métal lourd de symbole chimique Pu et de numéro atomique 94,...) est la source de chaleur utilisée. Elles produisent environ 15% de l'électricité mondiale. Les centrales nucléaires produisent des déchets radioactifs et présentent un risque d'accident. La probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un...) d'occurrence d'un tel accident sur les centrales modernes est sujette à débat (Un débat est une discussion (constructive) sur un sujet, précis ou de fond, annoncé à l'avance,...).

Énergies renouvelables

Les énergies renouvelables correspondent à différentes sources d'énergies qui se renouvellent à l'échelle humaine.

Centrale hydroélectrique

Centrale hydroélectrique en Allemagne
Centrale hydroélectrique en Allemagne

L'énergie hydraulique (L'énergie hydraulique est l'énergie mise en jeu lors du déplacement ou de l'accumulation d'un...) est depuis longtemps une solution mise en œuvre dans la production d'électricité car elle utilise une énergie renouvelable (Une énergie renouvelable est une source d'énergie se renouvelant assez rapidement pour être...).

  • À un étranglement des rives d'un cours d'eau, les hommes érigent un barrage (Un barrage est un ouvrage d'art construit en travers d'un cours d'eau et destiné à...) qui crée une retenue d'eau. Au pied de ce barrage, on installe des turbines reliées à des alternateurs. On alimente en eau sous pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) les turbines par un système de canalisations et de régulateurs de débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers...).
    • Outre que les sites potentiels se situent généralement en montagne (Une montagne est une structure topographique significative en relief positif, située à la...) entraînant des sur coûts importants de construction, le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de ces sites est limité.
    • De plus ce système implique parfois de noyer (Le noyer (Juglans) est un genre de plantes appartenant à la famille des Juglandacées,...) des vallées entières de terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) cultivable, où les hommes vivent bien souvent depuis des générations.
  • Il y a différents types de centrales hydro-électriques, notamment les micro-centrales, installées sur des rivières en tête de bassin, certaines avec un fort impact écologique.
  • Il existe également des centrale hydroélectrique de pompage (Le pompage est un phénomène aérodynamique qui intervient dans un compresseur. Il...) turbinage qui permettent d'accumuler l'énergie venant d'autres sites de productions peu maniables telle que les centrales nucléaires lorsque la consommation est basse et, de la restituer lors des pics de consommation.

Éolienne

Parc éolien en Autriche
Parc éolien (Un parc éolien, ou une ferme éolienne, est un site regroupant plusieurs éoliennes...) en Autriche

L'énergie éolienne (L'énergie éolienne est l'énergie du vent et plus spécifiquement, l'énergie tirée du vent au...) est produite sous forme d'électricité par une éolienne (Une éolienne est un dispositif qui utilise la force motrice du vent. Cette force peut être...). Des éoliennes formées d'un mat surmonté d'un générateur électrique (Les générateurs électriques sont des dispositifs permettant de produire de l'énergie...) entraîné par une hélice (Hélice est issu d'un mot grec helix signifiant « spirale ». Un objet en forme...), sont positionnées idéalement sur les plans d'eau ou les collines ventées.

  • Obstacles et inconvénients :
    • Les principaux défauts de ces éoliennes, sont une pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le...) visuelle du paysage (Étymologiquement, le paysage est l'agencement des traits, des caractères, des formes d'un...) et l'obstruction de la navigation aérienne (La navigation aérienne est l'ensemble des techniques permettant à un pilote...) de proximité à basse altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau...). Le bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son....) est également nuisible d'après certains témoignages, lorsque qu'une éolienne est installée près d'une habitation.
    • L'investissement est important, avec des rendements sujets aux caprices du vent et assez moyens comparés à d'autres systèmes concurrents.
  • Solution individuelle :
    • Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) comme on voit de plus en plus des panneaux solaires individuels sur les habitations, une version horizontale de l'éolienne, deux roues (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par...) à aubes imbriquées, peut être installée sur son toit (Le toit est la structure couvrant la partie supérieure d'un édifice, permettant...). Elle est quasi silencieuse et évite le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) de l'énergie sur de longues distances et, les pertes qui vont avec. Des solutions de stockage (donc la régularité de l'énergie disponible) existent à l'échelle d'une habitation individuelle.

Énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) solaire

On distingue les centrales électriques solaires photovoltaïques des centrales électriques thermiques, ces dernières étant très peu développées.

Centrale solaire (Une centrale solaire est un système de production d'électricité qui utilise...) photovoltaïque

Centrale solaire photovoltaïque
Centrale solaire photovoltaïque
  • Cet autre moyen de fabriquer de l'électricité avec l'énergie solaire (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de...) utilise les rayonnements lumineux du soleil, qui sont directement transformés en un courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge...) par des cellules à base de silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si...) ou autre matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) ayant des propriétés de conversion lumière/électricité. Chaque cellule délivrant une faible tension (La tension est une force d'extension.), les cellules sont assemblées en panneaux.
  • Ce système, bien que de rendement faible, est très simple à mettre en œuvre et particulièrement léger. Inventé pour les besoins des satellites (Satellite peut faire référence à :) artificiels militaires, il est aujourd'hui très utilisé pour une production locale ou embarquée d'électricité.
  • Des panneaux solaires embarqués à bord de bateaux, véhicules terrestres, satellites et vaisseaux spatiaux, secondés par une batterie d'accumulateurs. Ces accumulateurs fournissent de l'énergie pendant les moments de non ou faible production des panneaux et stockent le surplus d'électricité pendant les moments de grande production.
  • Obstacles, défauts ou inconvénients :
    • Des projets de centrale solaire dans l'espace existent. Mais outre le problème du transport de l'électricité sur terre, il faudrait dans un premier temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) transporter et assembler des milliers de tonnes de matériel en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...), sans parler des problèmes de maintenance induits par un tel système.

Énergie solaire thermique

Centrale solaire thermodynamique
Centrale solaire thermodynamique
  • Pour capter un maximum d'énergie thermique (L'énergie thermique est l'énergie cinétique d'un objet, qui est due à une agitation...) solaire, plusieurs rangées de miroirs disposés en arc de cercle (Un cercle est une courbe plane fermée constituée des points situés à égale...) face à la course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) du soleil renvoient les rayons solaires en un seul point (Graphie), appelé foyer. Pour que le foyer ne change pas de position en permanence, les miroirs sont orientables et pilotés par un système centralisé. À ce foyer une chaudière contenant un liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) sert de capteur (Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une...) d'énergie.
  • Un autre système utilise des miroirs incurvés face au sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) dans l'hémisphère nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) munis d'un tube rempli d'un fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette...) qui s'échauffe aux rayons du soleil concentrés par le miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme...). Le liquide est en général de l'eau qui surchauffée par l'énergie thermique solaire est conduite jusqu'à une turbine à vapeur.
  • Enfin, un autre système appelé tour solaire (Une tour solaire est une centrale à énergie renouvelable, construite de manière...) utilise l'énergie solaire pour chauffer l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) contenu dans une immense serre (Une serre est une structure généralement close destinée à la production...). L'air chauffé est alors plus léger et monte dans une cheminée (Une cheminée (lat. caminus) est un conduit vertical aménagé dans un bâtiment,...) où sont actionnées des turbines.
  • Obstacles, défauts ou inconvénients :
    • Le problème de base de ce type de centrale électrique (Une centrale (de production d'énergie) électrique est un site industriel destiné...), est que l'énergie solaire est en quantité relativement faible en un point donné de la terre et, qu'elle n'utilise que la chaleur rayonnée, (rayonnement Infrarouge). La densité de puissance est faible, mais bien supérieure à celle du photovoltaïque.
    • Par ailleurs, la production est intermittente (intermittence journalière jour/nuit et saisonnière) et localement imprévisible à moyen terme (aléa météorologique). Pour résuire l'intermittance jour/nuit, voire permettre une production 24h/24, les centrales les plus modernes (comme andasol, en construction en Espagne) sont équipées de réservoirs permettant de stocker du fluide porteur chaud.

Marémotrice, hydrolienne (Une hydrolienne est une turbine sous-marine qui utilise l'énergie cinétique des courants marins,...) ou maréthermique

Usine marémotrice de la Rance
Usine marémotrice de la Rance

L'eau des mers (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) et des océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par...) peut également être utilisée pour produire de l'électricité.

Trois systèmes existent :

  • Énergie marémotrice (L'énergie marémotrice est issue du mouvement de l'eau créé par les marées, causées par...), c'est l'énergie potentiel des marées qui est utilisée
  • Energie hydrolienne, c'est l'energie cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) des courants de marée (La marée est le mouvement montant (flux ou flot) puis descendant (reflux ou jusant) des eaux...), des grands courants océaniques et des rivières
  • Énergie maréthermique (L'énergie maréthermique (ou énergie thermique des mers (ETM)) est produite en exploitant la...), c'est les différences de températures de l'eau à différentes profondeurs qui est utilisée
  • Obstacles, défauts ou inconvénients :
    • Les moyens mis en œuvre sont lourds et demandent beaucoup d'entretien.

La densité de puissance est très elevée si on reporte uniquement à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) occupée par le barrage lui même, mais très basse si on compte la superficie (L'aire ou la superficie est une mesure d'une surface. Par métonymie, on désigne souvent...) recouverte par le lac (En limnologie, un lac est une grande étendue d'eau située dans un continent où il...) de retenue.

Géothermique

La terre est composée d'une croûte, posée sur un manteau de roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce...) en fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état...). Le principe de l'énergie géothermique (La géothermie, du grec γ? (la terre) et θερμ?ς (la chaleur), est...) consiste à creuser un trou dans cette croûte, à envoyer un fluide caloporteur au fond à l'aide d'un tuyau et à récupérer ce fluide chauffé remontant par un autre tuyau. Cette chaleur fait tourner des turbines qui entraînent des alternateurs. Cette énergie est d'un usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) courant en Islande (L’Islande, (en islandais Ísland, littéralement « terre de...) où elle est facile à mettre en œuvre.

Obstacles, défauts ou inconvénients :

  • La profondeur du forage nécessaire diffère selon les endroits.
  • La profondeur de forage, malgré ces variations, reste importante, ce qui entraîne un fort coût d'investissement.
  • Il existe un risque de remontée de magma.

Les investisseurs laissent donc pour l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas...) les géologues rechercher des zones ayant des caractéristiques favorables avant d'entamer ce genre de projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...).

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