Centrale électrique - Définition et Explications

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Introduction

Une centrale (de production d'énergie) électrique est un site industriel destiné à la production d'électricité. Les centrales électriques transforment différentes sources d'énergie naturelle en énergie électrique afin d'alimenter en électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la...) les consommateurs, particuliers ou industriels relativement lointains. Le réseau électrique (Un réseau électrique est un ensemble d'infrastructures permettant d'acheminer...) permet de transporter puis de distribuer l'électricité jusqu'aux consommateurs.

Hormis dans les centrales photo-voltaïques (encore peu répandues...), la génération d'électricité est assurée par un alternateur entraîné en rotation par une turbine (Une turbine est un dispositif rotatif destiné à utiliser la force d'un fluide (eau, vapeur, air,...) (dans quelques cas rares par un moteur Diesel (Fruit des travaux menés par l'ingénieur allemand Rudolf Diesel entre 1893 et 1897, le...) stationnaire). Le type de turbine définit alors le type de centrale.

  • Une turbine à vapeur (), dans une centrale thermique (Une centrale thermique est une centrale électrique qui produit de l'électricité...)combustible fossile (Un combustible fossile carboné désigne un combustible produit à partir de roches...) ou nucléaire) ;
  • Une turbine à combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la...) (communément, mais improprement appelée turbine à gaz), dans une centrale thermique ;
  • Une turbine hydraulique (L'hydraulique désigne la branche de la physique qui étudie les liquides. En tant que telle, les...), dans une centrale hydroélectrique ou une centrale marémotrice ;
  • Une éolienne (Une éolienne est un dispositif qui utilise la force motrice du vent. Cette force peut être...) est aussi une sorte de turbine.

Les centrales thermiques englobent :

  • les centrales nucléaires ;
  • les centrales géothermiques ;
  • les centrales à flamme qui elles-mêmes comprennent :
  1. les centrales conventionnelles dans lesquelles un combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se...) fossile (Un fossile (dérivé du substantif du verbe latin fodere : fossile, littéralement...) (charbon, fioul (Le fioul (terme recommandé en France par la DGLFLF) ou mazout (terme recommandé par...), gaz naturel (Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures présent...),...) est brûlé dans une chaudière (Une chaudière est un appareil (voire une installation industrielle, selon sa puissance),...) pour produire la vapeur surchauffée alimentant la turbine ;
  2. les centrales à turbine à combustion, à simple cycle, brûlant généralement du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...), parfois du fioul (léger) ;
  3. les centrales à cycle combiné (L'expression cycle combiné (CC), déclinée en (CCPP pour combined cycle power plant),...), brûlant les mêmes combustibles, mais avec un bien meilleur rendement grâce à l'adjonction d'une chaudière de récupération et d'une turbine à vapeur.

L'énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il...) est obtenue par conversion de l'énergie mécanique (L'énergie mécanique est une quantité utilisée en mécanique classique pour désigner l'énergie...) produite par une turbine, moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) à gaz, ou turbine à vapeur. Cette conversion est obtenue en couplant une dynamo (Abréviation de dynamoélectrique, dynamo désigne une machine à courant continu fonctionnant en...) (courant continu) ou un alternateur (courant alternatif) à la turbine.

Le rendement de conversion mécanique/électrique est d'environ 98%. L'essentiel des pertes se fait donc sur la conversion thermique-mécanique.

Centrales thermiques à flammes

Centrale thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...) 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 nucléaire de Cattenom (La centrale nucléaire de Cattenom est une centrale nucléaire exploitée par...)

Centrale conventionnelle à chaudières

Les centrales les plus répandues sont constituées d'une chaudière et d'une turbine à vapeur (Cycle de 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 naturel, du pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de...), du fioul ou des déchets municipaux.

La plupart des centrales à charbon sont de type à « charbon 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 dans des broyeurs et injecté dans le foyer de la chaudière. Les centrales les plus récentes possèdent un cycle vapeur supercritique, qui permet d'avoir un rendement qui dépasse 45%.

Centrale à turbine à gaz (Une turbine à gaz (dénomination historique), appelée aussi turbine à combustion...)

Les turbines à gaz en cycle simple sont peu coûteuses à construire, de plus elles ont l'avantage de démarrer très rapidement (contrairement aux centrales conventionnelles 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 (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) résiduelle, sauf en appoint lors des pics de demande ou à toute petite échelle.

Centrale à cycle combiné

Le cycle combiné consiste à récupérer l'énergie thermique (L'énergie thermique est l'énergie cinétique d'un objet, qui est due à une agitation...) des gaz très chauds (de l'ordre de 600 °C) à l'échappement de la turbine à combustion, pour produire dans une chaudière de récupération de la vapeur utilisée pour alimenter un groupe turbo-alternateur à vapeur. Le résultat permet donc une augmentation notable du rendement énergétique de la centrale. Ce type de centrale comprend 2 alternateurs, l'un entraîné par la turbine à combustion, l'autre par la turbine à vapeur. Toutefois, certaines centrales n'ont qu'un seul alternateur, les deux turbines étant montées sur le même arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en...).

Cogénération (La cogénération (ou « co-génération ») est un principe de...)

Au contraire, la cogénération (ou trigénération) n'augmente pas le rendement électrique, mais se contente d'envoyer les gaz chauds de la centrale vers un procédé industriel consommateur de chaleur. Le rendement atteint étant un rendement global: rendement électrique plus rendement de transfert thermique (Un transfert thermique, appelé plus communément chaleur, est un transfert d'énergie...). Le but principal est souvent le procédé industriel, la production d'électricité étant soumise au besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est...) de chaleur.

Obstacles, défauts, inconvénients

  • Les sources d'énergie fossile (L'énergie fossile désigne l'énergie que l'on produit à partir de roches issues de la...) ont comme principaux défauts d'être épuisables et d'être à l'origine d'une pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le...) de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) (pollutions acides en particulier). En outre, la combustion du carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) produit du CO (principal gaz à effet de serre).
Un rapport (2008) de l'EEA, à partir d'une comparaison entre des centrales de l'UE-25 ayant mis en œuvre de « bonnes pratiques » et d'autres, montre qu'il reste un important potentiel de réduction des émissions de SO et de NOx (NOx, de N symbole de l'azote, O celui de l'oxygène et x représentant une...), si toutes les centrales utilisaient les meilleures techniques disponibles (MTD).
Une étude est prévue pour l'UE sur l'effet de l'application de la directive LCP et de nouvelles valeurs limites d'émission (VLE) qui visent 70 % d'abattement sur le SO et de NOx (directive IPPC). D'autres études portent sur la possibilité de capter le CO produit et de le stocker sous terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) (dans d'anciens champs d'hydrocarbures déplétés ou dans des aquifères salins), mais ces solutions sont encore au stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe...) expérimental.
  • Elles induisent une dépendance à l'égard des producteurs de ressources (gaz, pétrole, charbon...)
  • 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 rendent vulnérables
  • Les centrales thermiques à flamme produisent du dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un...) (gaz à effet de serre), des oxydes d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de...) et de soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de...) 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 (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) est indépendante des conditions météorologiques, la source d'énergie peut être (dans une certaine mesure) facilement stockée et la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) unitaire des centrales peut être très élevée.

Elles permettent de faire de la cogénération : lorsque l'on a besoin à un endroit déterminé (agglomérations, 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, hydrauliques et les éoliennes le permettent aussi quand le soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...), l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) 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- et la tri-génération ne sont cependant pas encore systématiques.

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