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Production de l’Energie Electrique (L2 ELT) Année universitaire 2019-2020 Page

Production de l’Energie Electrique (L2 ELT) Année universitaire 2019-2020 Page 1 II. Les centrales Thermiques à flamme : Introduction : Pratiquement, les centrales thermiques sont les plus utilisées en Algérie pour produire de l’électricité, elles nécessitent de disposer d’une source de chaleur qui est généralement obtenue par la combustion d’un combustible fossiles tel que le gaz naturel, pétrole, charbon… Ces centrales thermiques, grâce à leur flexibilité et réactivité, constituent l’un des moyens les plus efficaces pour faire face aux variations de la demande d’électricité. On distingue : • Les centrales thermiques à vapeur • Les centrales thermiques à combustion (turbine à gaz) • Les centrales thermiques à cycle combinée II.1 Les centrales thermiques à vapeur: Une centrale thermique à vapeur produit de l’électricité à partir d’une source de chaleur, en brûlant un combustible (charbon, gaz,..) dans une chaudière qui produit de la vapeur. Cette vapeur d’eau met en mouvement une turbine qui entraîne un alternateur. L’ensemble, turbine et alternateur, est appelé turboalternateur (fig. 1). Fig.1 principe de la production d’énergie électrique par une centrale thermique II.1.1. Principe de fonctionnement : La centrale utilise l’énergie fournie par la combustion (gaz naturel, fuel, charbon…) qui constitue la source de chaleur. L'objectif est de faire chauffer de l'eau à partir de la chaleur libérée afin de disposer une vapeur. Cette vapeur d’eau qui est transportée sous haute pression Production de l’Energie Electrique (L2 ELT) Année universitaire 2019-2020 Page 2 et sous haute température permet d’entraîner à grande vitesse une turbine accouplée à un alternateur qui transforme l'énergie mécanique en énergie électrique produisant ainsi une tension alternative sinusoïdale. A la sortie de la turbine la vapeur est condensée et transformée en eau réutilisé comme source de vapeur et effectue alors un cycle thermodynamique (fig. 2) Fig.2 Schéma de principe d’une centrale thermique à vapeur II .1.2 Principaux éléments constitutifs : A) Chaudière : appelée aussi générateur de vapeur, c’est au niveau de la chaudière que l’eau se transformer en vapeur surchauffée, elle contient les éléments suivants (fig. 3) : • La chambre de combustion: dont laquelle un combustible est brulé pour produire l’énergie calorifique qu’il sert à transformé l’eau liquide en vapeur. La chambre de combustion contient de tubes d’eau qui composent les surfaces de chauffe soumise au rayonnement de la flamme. • Le réservoir de vapeur: dont laquelle se fait la transformation liquide-vapeur saturée. • Surchauffeur : sert à produire de la vapeur surchauffée à partir de la vapeur saturée sortant du réservoir de vapeur. • Resurchauffeur : il reçoit la vapeur provenant du corps HP (haute pression) de la turbine pour le renvoyé vers les corps MP (moyen pression) et BP (basse pression). Ceci aide à améliorer le rendement. Production de l’Energie Electrique (L2 ELT) Année universitaire 2019-2020 Page 3 Resurchauffeur Economiseur Surchauffeur Combustible Air Chambre à combustible • L’économiseur : il reçoit l’eau liquide provenant du condenseur et augmente sa température de certain degré avant de l’envoyé vers le réservoir de vapeur. (pour améliorer aussi le rendement) En trouve en plus : • Les Brûleurs: Leurs but est d’engendrer la combustion du combustible (gaz naturel, charbon…) toute en assurant le mélange avec de l’air. • Système de protection. • Réchauffeur d’air assurant la récupération de la chaleur des fumées qui facilite la combustion. Fig 3 : schéma simplifié d’une chaudière. B) Les tuyauteries de liaison : • des tuyauteries pour transporter la vapeur d’eau surchauffée de la chaudière vers la turbine (couleur rouge dans la figure 3). • des tuyauteries pour transporter de l’eau liquide condensée dans le condenseur vers la chaudière (couleur bleu dans la figure 3). Réservoir de vapeur Vers le corps HP de la turbine Eau provenant du Condenseur Vers le corps BP de la turbine Vapeur provenant de la sortie HP de la turbine BLEU : circulation de l’eau ROUGE : circulation de la vapeur Production de l’Energie Electrique (L2 ELT) Année universitaire 2019-2020 Page 4 C) Le condenseur : Son rôle est de transformer la vapeur sortant de la turbine en eau liquide en utilisant une quantité d’eau de refroidissement qui peut être issu d’une rivière, mer ou encore d’un réservoir d’eau (fig. 4). Fig 4 : Schéma simplifier du condenseur D) La turbine Une turbine à vapeur est considérée comme un moteur thermique qui convertit l’énergie provient de la vapeur d’eau en énergie mécanique. La vapeur se détend et refroidit dans la turbine en fournissant de l’énergie mécanique. La turbine à vapeur comprend une partie fixe appelée stator et partie mobile appelée rotor contenant des aubages (ailettes) mobiles (fig 5) et (fig 6): Fig. 5 : rotor d’une turbine utilisé dans une centrale thermique Entrée de l’eau de refroidissement Sortie de l’eau chaude Vapeur provenant de la turbine Eau condensé (vers la chaudière) Production de l’Energie Electrique (L2 ELT) Année universitaire 2019-2020 Page 5 Fig. 6 : schéma d’une turbine Une turbine peut être à plusieurs corps : a) Pour les centrales à petites puissances (<100 MW) on utilise des turbines à un seul corps. Fig. 7 : turbine à un seul corps. b) Pour les centrales à grandes puissances (>100MW) on utilise des turbines à plusieurs corps (02 corps par exemple). Fig. 8 : Turbine à plusieurs corps. Entrée de la vapeur Sortie de la vapeur Les corps MP et BP Vapeur resurchauffée Vapeur HP Les corps HP Vers le resurchauffeur Sortie de la vapeur à BP vers le condenseur La vapeur en mouvement exerce une pression contre les aubes, entraînant leur rotation Entrée de la vapeur Sortie de la vapeur Production de l’Energie Electrique (L2 ELT) Année universitaire 2019-2020 Page 6 E) L’alternateur : Les centrales de production de l’électricité sont équipées d’alternateur triphasé. Un alternateur est constitué d’une partie mobile, le rotor, et d’une partie fixe, le stator (fig.9). La paroi externe du rotor est formée d'électro-aimants, la paroi interne du stator comporte des enroulements triphasés de fils de cuivre. Lorsque le rotor tourne, il se produit une variation du champ magnétique qui induit un système de tension triphasé alternatives dans le bobinage du stator. L’électricité produite est évacuée vers un transformateur qui élève sa tension afin de l’intégrer sur les réseaux de transport électrique. Fig. 9: montage d’un alternateur d’une centrale thermique F) Poste de transformation (fig.10) : chargé de porter le système de tension produite par l’alternateur à la tension du réseau (élévateur de tension). Fig 10 : Transformateur à la sortie d’une centrale Production de l’Energie Electrique (L2 ELT) Année universitaire 2019-2020 Page 7 On récapitule avec un schéma global de la centrale thermique à vapeur, qui contient les éléments de la chaudière et une turbine à plusieurs corps, on peut suivre avec les flèches de la fig. 11, l’écoulement de la vapeur et celui de l’eau. Fig. 11 : Schéma globale simplifié de la centrale thermique Boiler : Chaudière Superheater : Surchauffeur Reheater : Resurchauffeur Steam : Vapeur Cooling water : Eau de refroidissement Condenser : Condenseur Boiler feed pump : pompe d’alimentation de la chaudière Economizer : Economiseur Furnace :Four Drum : Réservoir Fuel : Carburant Evaporator : Evaporateur Production de l’Energie Electrique (L2 ELT) Année universitaire 2019-2020 Page 8 II. 1.3 Chaine d’énergie d’une centrale thermique Fig. 11 : Chaine d’énergie d’une centrale thermique ➢ Avantage : - Cette technologie offre une grande flexibilité d'utilisation qui permet de répondre à la demande. - considérées comme des centrales de grande puissance. ➢ Inconvénients : - Cette technologie engendre des émissions de produits polluants - Le thermique utilise souvent des sources fossiles (charbon, fioul, gaz) dont les réserves sont physiquement limitées et non-renouvelables à court et moyen terme. - faible rendement par rapport au d’autre type de centrale thermique. II.2 Les centrales thermiques à combustion (turbine à gaz): Contrairement à la turbine à vapeur (TV), la turbine à gaz (TG) (appelée aussi turbine à combustion), fonctionne avec un fluide moteur gazeux et donc incondensable. Le combustible utilisé peut être gazeux (gaz naturel) ou liquide. Autrement dit, c’est le gaz produit par la combustion qui fait tourner la turbine. Le mélange de l’air comprimé avec un combustible (gaz naturel, fioul,….) donne un gaz à combustion, ce dernier alimente une turbine dont la rotation fait tourner le rotor d’un alternateur pour produire de l’énergie électrique. Production de l’Energie Electrique (L2 ELT) Année universitaire 2019-2020 Page 9 II.2.1 Principe de fonctionnement : La fig. 12 donne le schéma d’un groupe à turbine à gaz à cycle simple. Fig. 12 : Schéma d’un groupe à turbine à gaz à cycle simple En premier lieu, de l’air frais est injecté dans le compresseur pour obtenir de l’air comprimé à haute pression, cet air comprimé est ensuite propulser dans la chambre de combustion où il sera mélangé avec un combustible (gaz naturel, fioul, kérosène…), une fois allumé, la réaction produit du gaz chaud à combustion qui actionne la rotation de la turbine avant rejet dans le cheminé. La turbine entraine directement l’alternateur qui génère de l’électricité. Fig 13 : turbine à gaz pour la production de l’énergie électrique Compresseur Air comprimé Gaz à combustion uploads/Litterature/ cours-elt-electrotechnique-l2-production-de-lenergie-electrique-pdf.pdf