Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

FEI-USTHB LGE-408 2008-2009 Production et distribution de l'électricité I- Prod

FEI-USTHB LGE-408 2008-2009 Production et distribution de l'électricité I- Production d’électricité industrielle I-1: Centrales hydroélectriques I-2: Centrales à carburants fossiles I-3: Centrales nucléaires I-4: Centrales éoliennes I-5: Autres moyens de production d’électricité II- Réseau électrique II-1 : Le triphasé II-2 : Transport de l'énergie électrique II-3 : Les postes électriques II-4 : Les lignes électriques III- Electricité domestique I- Production d’électricité industrielle L’énergie peut prendre différentes formes (Fig-1). Dans un système donné, l’énergie totale reste constante. La conversion d’une forme en une autre est réalisée par différents processus naturels ou artificiels. Tous les processus de conversion d’énergie ont un rendement limité : c’est à dire que seule une partie de l’énergie fournie et convertie en énergie utile, la différence étant dissipée sous forme de chaleur, (énergie thermique). Fig-1 : Principe de la conservation de l’énergie L’électricité représente une forme intermédiaire d’énergie très intéressante par sa facilité de transport et de distribution, ceci aussi bien à l’échelle d’un continent qu’à l’intérieur des appareils. Elle est produite à ~100% dans des centrales (hydraulique, thermique, nucléaire ou éolienne). Le pourcentage relatif (fig-2) dépend des ressources énergétiques du pays considéré. Fig-2 : Origine de l’électricité industrielle produite USTHB-FEI-LGE-408 Production et distribution de l'électricité Page 1 I-1 : Centrales hydroélectriques L'hydroélectricité, première des énergies renouvelables au monde, est produite dans des usines appelées centrales hydrauliques, qui fonctionnent le plus souvent en association avec un barrage ou un fleuve, en dérivant l'écoulement naturel de l'eau. La force motrice de l'eau (énergie potentielle) est d'autant plus grande que la hauteur de chute et le débit de l'eau seront importants. La puissance générée vaut P = Ep / t où t est le temps (s) et Ep l’energie potentielle de l’eau de poids m.g (la constante g vaut 9.8 N / kg) à une hauteur h(m) : P(W) = m.g.h / t • La masse m est reliée au volume V par : m = ρ.V • Le débit Q (volume qui passe par unité de temps) = V / t • La masse volumique de l’eau vaut ρ = 1000 kg/m3 Ainsi P résulte de la conjonction de 2 facteurs: la hauteur de la chute h(m) et le débit de l’eau Q(m3/s) : P (kW) = 9,8 . Q . h Lorsque l’eau est stockée, il suffit d’ouvrir des vannes pour amorcer le cycle de production d’électricité. Suivant l’installation, l’eau s’engouffre alors dans une conduite forcée ou dans une galerie creusée dans la roche, et se dirige vers la centrale hydraulique en contrebas. A la sortie de la conduite, la force de l’eau entraîne la rotation de la turbine (Fig-3). La turbine entraîne l’alternateur qui produit de l’électricité puis rejoint la rivière par le canal de fuite. Un transformateur élève alors la tension du courant produit par l’alternateur pour qu’il puisse être plus facilement transporté sur les lignes à haute et très haute tension. Fig-3 : Principe d’une centrale hydroélectrique La figure 4 schématise le principe d’un alternateur constitué d’une bobine de surface S comportant N spires de tournant à l’intérieur d’un champ magnétique. La loi de Faraday permet d’écrire que : Fig-4 :Conversion d’énergie mécanique en électricité alternative dans un alternateur Il existe 3 grands types d'aménagements hydroélectriques selon le type du cours d'eau, ou de la hauteur de la chute. a- Pour les chutes d’eau importantes, les centrales sont implantées loin du barrage. Elles utilisent une turbine de Pelton équipée d’une roue à augets qui tourne à l’air libre sous la force d’un jet à très grande énergie dirigé par un injecteur. Un pointeau de réglage permet de maintenir constante la vitesse de rotation de la turbine (Fig-5). Fig-5a : Chute d’eau importante >200m de hauteur Fig-5b : Principe de la turbine de Pelton USTHB-FEI-LGE-408 Production et distribution de l'électricité Page 2 b- Les centrales électriques de moyenne chute (30-200m) sont construites sur le barrage (Fig-6). Elles utilisent des turbines de Francis qui tournent dans l’eau sous l’effet de l’eau qui arrive sous pression (par la périphérie) et ressort détendue (par le centre). Fig-6a : Chute d’eau modérée [30m-200m] Fig-6b : Principe de la turbine de Francis c- Les centrales électriques au fil de l’eau (chute <30m) sont construites sur un canal de dérivation ou sur le lit d’une rivière ou d’un fleuve. Elles utilisent des turbines de Kaplan en forme d’hélice (Fig-7). Les pales mobiles de cette hélice ont une inclinaison que l’on ajuste en fonction du débit et du niveau de la rivière (fonctions des saisons) pour améliorer le rendement de la centrale. Fig-7a : Centrales au fil de l’eau (sur les fleuves) Fig-7b : Schéma de la turbine Kaplan Les centrales hydroélectriques présentent l’avantage d’utiliser une énergie renouvelable. Elles ont un excellent rendement (~90%) et ne produisent pas de déchets. Leur inconvénient principal est que les sites potentiels sont en nombre limité et se situent généralement en montagne entraînant des sur coûts importants de construction, et impose parfois de noyer des vallées entières de terre cultivable, où les hommes vivent bien souvent depuis des générations. Par ailleurs, on ne peut jamais garantir le risque zéro de rupture des barrages, surtout lors de conditions météorologique exceptionnelles. Performances de quelques centrales hydroélectriques : USTHB-FEI-LGE-408 Production et distribution de l'électricité Page 3 I-2: Centrales à carburants fossiles Charbon, mazout et gaz sont des carburants fossiles qui servent de combustible aux centrales thermiques. Dans les centrales à charbon, le combustible est broyé et pulvérisé en poudre. Dans les centrales au mazout, le combustible est injecté en très fines gouttelettes par les brûleurs dans la chambre de combustion. Quant au gaz, il est de 2 sortes : gaz naturel pour les cycles combinés gaz soit gaz sidérurgiques. Ces carburants fossiles sont brûlés dans une chaudière. La chaleur dégagée (plus de 560°C) transforme de l'eau chimiquement pure en vapeur. Cette vapeur sous pression (~160 bars) entraîne une turbine couplée à un alternateur générant l'électricité. A la sortie de la turbine, la vapeur à pression beaucoup plus basse se condense et se retrouve à l’état liquide en traversant le condenseur. Cette eau est injectée de réservoir du générateur de vapeur et le cycle recommence toujours avec la même eau (fig-8). Fig-8 : Principe d’une centrale thermique La chaudière qui peut mesurer 90 mètres de haut et peser plus de 9000 tonnes, est tapissée de tubes, à l'intérieur desquels circule l'eau à chauffer. Sous l'effet de la chaleur, l'eau se transforme en vapeur qui est ensuite envoyée sous pression vers les turbines. L'alternateur qui est couplé à la turbine, tourne à 3.000 tours par minute et génère l'électricité, à une tension de 20.000 Volts. L'énergie électrique est ensuite injectée sur le réseau, après avoir été portée à 225.000 ou 400.000 Volts à l'aide d'un transformateur de puissance. La vapeur turbinée est envoyée vers le condenseur, dans lequel circule de l’eau froide. La réaction est immédiate : la vapeur reprend sa forme liquide. L’eau ainsi obtenue est récupérée et re-circule dans la chaudière. Un autre cycle peut commencer. L’eau utilisée pour le refroidissement est quand à elle soit restituée à son milieu naturel, soit renvoyée au condenseur (fig-9). Fig-9 : Eau dans une centrale thermique Les centrales thermiques comprennent plusieurs dispositifs indispensables à son fonctionnement et qui consomment de l’énergie. De plus, le principe de Carnot fait que une partie seulement de l’énergie thermique est convertie en énergie mécanique, le reste étant dissipé dans l’atmosphère à travers la tour de refroidissent. Pour ces raisons, le rendement des centrales thermiques se trouve limité à ~40%. Ces centrales produisent la majeur partie de l’électricité en Algérie. Leur technologie est bien maitrisée, et présente peu de risques. La combustion des produits pétroliers dégage beaucoup de gaz à effet de serre (CO et CO2), et le charbon dégage encore plus de gaz nocifs. Il existe un autre type de turbine à combustion qui fonctionne sur le principe d'un réacteur d'avion, auquel on aurait ajouté un alternateur. Cette turbine est capable de démarrer en quelques minutes pour répondre aux besoins de production «d'extrême pointe». Elle fonctionne en moyenne quelques dizaines d'heures par an et peut être démarrée très vite, et avec une grande fiabilité (Fig-10). Fig-10 : Principe d’une turbine à combustion 1 - l'air est fortement comprimé 2 - dans la chambre de combustion, du mazout ou du gaz est injecté à l'air comprimé, en s'enflammant, il produit l'énergie nécessaire pour faire tourner la turbine. 3 - la turbine entraîne l'alternateur qui produit l'électricité. Performances typiques d’une centrale thermique : USTHB-FEI-LGE-408 Production et distribution de l'électricité Page 4 I-3: Centrales nucléaires Les centrales nucléaires fonctionnent selon le même principe que les centrales thermiques à énergie fossile, sauf que la chaleur n’est pas produite par la combustion de carburants fossiles, mais par un réacteur nucléaire. Fig-11 : Centrale nucléaire Le bâtiment réacteur est une enceinte en béton étanche (fig-11). Il contient le cœur du réacteur qui est constitué par une cuve en acier contenant les assemblages combustible et l'eau du circuit primaire. C'est là, à l'intérieur de la cuve que se passe la fission de l’uranium uploads/Industriel/ 1-production-d-x27-electricite.pdf