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 matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui étudie les phénomènes électriques et leurs...) des consommateurs, particuliers ou industriels relativement lointain. Le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets »,...) électrique est utilisé pour transporter/distribuer l'électricité jusqu'aux consommateurs.

Différentes sources d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) sont utilisés dans les centrales.

Centrales thermiques à flamme

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 : Quelle chaleur !) transformée en énergie mécanique (L'énergie mécanique est une quantité utilisée en mécanique classique pour désigner l'énergie d'un système emmagasinée sous forme d'énergie cinétique et...) par un cycle moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou...) thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou la science des grands systèmes en équilibre. La première définition est aussi la première dans l'histoire. La...), lui même alimentant un alternateur. Les combustibles sont généralement fossiles :

• • charbon
  • pétrole (Le pétrole, du latin petra pierre et oleum huile (soit « huile de pierre »), est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. Énergie fossile, son exploitation est l’un des piliers...)
  • gaz naturel (Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures trouvé naturellement sous forme gazeuse. C'est la deuxième source d'énergie la plus utilisée dans le monde après le pétrole et...)

Des combustibles renouvelables telles le bois ou le biogaz (Le biogaz est le gaz produit par la fermentation de matières organiques animales ou végétales en l'absence d'oxygène.) sont parfois utilisés.

Centrales conventionnelles à chaudières

Les centrales les plus répandues sont constituées d'une chaudière et d'une turbine (Une turbine est un dispositif rotatif destiné à utiliser la force d'un fluide (eau, vapeur, air, gaz de combustion), dont le couple est transmis au moyen d'un arbre.) à vapeur () (cycle Rankine). Leur carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.) 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 vivantes présentes dans un milieu naturel donné. Dans le domaine de l'énergie, le terme de biomasse regroupe l'ensemble des matières...), du gaz (Au niveau microscopique, on décrit un gaz comme un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi indépendants (pour plus de détails, voir gaz réels).) 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 sous forme de petits morceaux, en général de taille inférieure au dixième de millimètre (100 µm).) 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 (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 (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de...) (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 (Table complète - Table étendue)..)
• Le caractère très centralisé des centrales, et la dépendance au réseau électrique THT les rends vulnérable
• Les centrales thermiques à flamme produisent du dioxyde et monoxyde de carbone (Table complète - Table étendue), des oxydes de l'azote (Table complète - Table étendue) et de la vapeur d'eau (L’eau (que l'on peut aussi appeler oxyde de dihydrogène, hydroxyde d'hydrogène ou acide hydroxyque) est un composé chimique simple, mais avec des propriétés complexes à cause de sa polarisation (voir Nature dipolaire...) (tous étant gaz à effet de serre) et d'autres polluants (poussières, métaux lourds, dont mercure, dioxyde de soufre ...) contribuant aux smogs photochimiques, à la production d'Ozone 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 est un nombre sans dimension, égal au rapport d'une masse d'une substance homogène à la masse du même volume d'eau pure à la température de 3,98 °C.) 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 souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes...) 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, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.), 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 champs d'investigation qu'elle propose regroupent plusieurs domaines :) et l'éolien le permettent aussi, mais quand le soleil ((pourcentage en masse)), l'eau ou le vent 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 peut être initiée, modérée et contrôlée (contrairement à une bombe atomique, pour...). 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 (Table complète - Table étendue) 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 (Probabilité vient du latin probare (prouver, ou tester). Le mot probable signifie « qui peut se produire » dans le cas de futures éventualités, ou...) 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, à laquelle prennent part des individus ayant des avis, idées, réflexions ou opinions...).

Énergies renouvelables

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

Centrale hydroélectrique

L'énergie hydraulique (L'énergie hydraulique est l'énergie mise en jeu lors du déplacement ou de l'accumulation d'un fluide incompressible telle que l'huile, l'eau douce ou l'eau de mer.) 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 considérée comme inépuisable à l'échelle de temps humaine. Les énergies renouvelables sont issues de phénomènes naturels réguliers...).

• 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 en retenir l'eau. Par extension, on appelle barrage tout obstacle placé sur un axe de communication 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 la force exercée sur une surface donnée.) 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 d'une surface quelconque.).
  • Outre que les sites potentiels se situent généralement en montagne entraînant des sur coûts importants de construction, le nombre (Un nombre est un concept caractérisant une unité, une collection d'unités ou une fraction d'unité.) de ces sites est limité.
  • De plus ce système implique parfois de noyer des vallées entières de terre (La Terre, foyer de l'humanité, est surnommée la planète bleue. C'est la troisième planète du système solaire en partant du Soleil.) 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 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 (Une éolienne est un dispositif qui utilise la force motrice du vent. Cette force peut être utilisée mécaniquement (dans le cas d'une éolienne de pompage), ou produire...)

L'énergie éolienne (L'énergie éolienne est l'énergie du vent et plus spécifiquement, l'énergie tirée du vent au moyen d'un dispositif aérogénérateur ad hoc comme une éolienne ou un moulin à vent....) est produite sous forme d'électricité par une éolienne. Des éoliennes formées d'un mat surmonté d'un générateur électrique (Les générateurs électriques sont des dispositifs permettant de produire de l'énergie électrique à partir d'une autre forme d'énergie. Par opposition, un appareil qui consomme de l'énergie électrique...) entraîné par une hélice (Hélice est issu d'un mot grec helix signifiant « spirale ». Un objet en forme d'hélice est dit hélicoïdal.), 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 contexte, selon le milieu considéré et selon ce que l'on peut entendre par malsain [1].) visuelle du paysage (Une définition de paysage aujourd'hui largement partagée est celle contenue dans la Convention européenne du paysage, adoptée sous les auspices du Conseil de l'Europe en 2000. Selon cette définition "paysage désigne...) et l'obstruction de la navigation aérienne (La navigation aérienne est l'ensemble des techniques permettant à un pilote d'aéronef de maitriser ses déplacements. En général, cette route débute et se termine sur un aérodrome.) de proximité à basse altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base.). Le bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création...) 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 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 son centre.) à aubes imbriquées, peut être installée sur son toit. Elle est quasi silencieuse et évite le transport (Le transport, du latin trans, au-delà, et portare, porter, est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre.) 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 solaire (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de manière diffuse à travers l'atmosphère. Sur Terre, l'énergie solaire est à...)

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

Centrale solaire photovoltaïque

• Cet autre moyen de fabriquer de l'électricité avec l'énergie solaire 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 électrique (électrons).) par des cellules à base de silicium ou autre matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) 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 pour représenter la variation du monde : l'Univers n'est jamais figé, les éléments qui le composent bougent, se transforment et...) transporter et assembler des milliers de tonnes de matériel en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que décrit dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.), sans parler des problèmes de maintenance induits par un tel système.

Énergie solaire thermique

• Pour capter un maximum d'énergie thermique (L'énergie thermique est l'énergie cinétique d'un objet, qui est due à une agitation désordonnée de ses molécules et de ses atomes. Les transferts d'énergie thermique entre corps sont appelés...) solaire, plusieurs rangées de miroirs disposés en arc de cercle (Le terme de cercle a plusieurs sens dérivés de son sens géométrique initial.) 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.) sert de capteur (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation...) d'énergie.
• Un autre système utilise des miroirs incurvés face au sud (Sud est un nom :) dans l'hémisphère nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) munis d'un tube rempli d'un fluide (Les fluides sont des milieux parfaitement déformables. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu...) qui s'échauffe aux rayons du soleil concentrés par le miroir (Un miroir est une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion. C'est souvent une couche métallique fine, qui, pour être protégée, est placée sous une plaque de verre pour...). 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 à canaliser l'air chauffé par le soleil afin d'actionner des turbines pour produire de l'électricité. Le...) utilise l'énergie solaire pour chauffer l'air contenu dans une immense serre. L'air chauffé est alors plus léger et monte dans une cheminée (Une cheminée (lat. caminus) est un conduit aménagé dans un bâtiment et prolongé à son sommet pour favoriser l'évacuation des gaz et fumées d'un feu allumé à un étage dans...) 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 qui produit de l'électricité en grande quantité.), 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, comme une éolienne utilise l'énergie cinétique de l'air.) ou maréthermique

L'eau des mers (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) et des océans 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 l'effet conjugué des forces de gravitation de la Lune et du Soleil. Elle est utilisée soit...), 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 mers et des océans causé par l'effet conjugué des forces de gravitation de la Lune...), des grands courants océaniques et des rivières
• Énergie maréthermique (L'énergie maréthermique (ou énergie thermique des mers (ETM)) est produite en exploitant la différence de température entre les eaux superficielles et les eaux profondes des océans. Un acronyme souvent rencontré est...), 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 (Il existe de nombreuses acceptions au mot surface, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, souvent abusivement confondu avec sa mesure - l'aire ou la superficie.) occupée par le barrage lui même, mais très basse si on compte la superficie (L'aire ou la superficie est la dimension d'une surface. Par métonymie, on désigne souvent cette dimension par le terme « surface » lui-même (par...) recouverte par le lac de retenue.

Géothermique

La terre est composée d'une croûte, posée sur un manteau de roche en fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes identiques, la fusion...). Le principe de l'énergie géothermique (La géothermie, du grec γ? (la terre) et θερμ?ς (la chaleur), est la science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe terrestre et la technique qui vise à...) 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 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 les géologues rechercher des zones ayant des caractéristiques favorables avant d'entamer ce genre de projet (Un projet est - dans un contexte professionnel - une aventure temporaire entreprise dans le but de créer un produit ou un service unique:).