La production d'électricité est le processus de production d'électricité à partir de sources d'énergie primaires. La particularité de l'électricité est qu'elle n'est pas une énergie primaire présente dans la nature en quantités importantes.
La production d'électricité est la première étape de la fourniture d'électricité aux utilisateurs finaux dans l'industrie de l'électricité. Les autres étapes sont la transmission, la distribution, le stockage et la restauration de l'énergie dans les centrales à accumulation par pompage.
Les centrales électriques sont des installations conçues pour produire de l'électricité. Selon le type de plante, une source d'énergie différente est utilisée. Par exemple, de nombreuses usines utilisent l’énergie thermique pour produire de la vapeur et entraîner une turbine reliée à un générateur électrique pour transformer l’énergie mécanique en électricité.
Selon la ressource énergétique utilisée, deux types de production d'énergie peuvent être classés :
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Les énergies renouvelables : elles utilisent des ressources inépuisables. La plupart sont des énergies vertes qui n'émettent pas de gaz à effet de serre, par exemple l'énergie solaire ou l'énergie éolienne.
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Sources d'énergie non renouvelables : ce sont des ressources limitées qui peuvent s'épuiser. Ce type comprend les combustibles fossiles qui émettent de grandes quantités nocives pour le changement climatique.
Voici quelques exemples de différentes méthodes de production d'électricité :
1. Combustibles fossiles et centrales électriques conventionnelles
Le mode de production d'électricité le plus répandu est la combustion de combustibles fossiles (charbon, dérivés du pétrole ou gaz naturel). Cependant, ce type de carburant se trouve de manière limitée sur Terre et, par conséquent, il s'agit d'une source d'énergie non renouvelable.
La combustion génère de la chaleur qui est utilisée pour chauffer l'eau et produire de la vapeur. La vapeur entraîne une turbine à vapeur reliée à un générateur qui produit de l'électricité. Les générateurs sont des machines qui fonctionnent de manière inverse à un moteur électrique.
Ces types d'usines se sont développés très rapidement pendant la révolution industrielle en raison du faible coût du combustible. Cependant, ils génèrent de grandes quantités de gaz à effet de serre et des alternatives qui ne modifient pas le changement climatique sont recherchées.
Une alternative plus durable à l’énergie fossile sont les centrales à biomasse qui obtiennent de la chaleur en brûlant des matières organiques.
Centrales à cycle combiné
Les centrales thermiques à cycle combiné transforment l'énergie thermique du gaz naturel en électricité. Ces centrales fonctionnent à l'aide d'une turbine à gaz et d'une turbine à vapeur.
Le processus implique le démarrage de deux cycles consécutifs :
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Cycle de Brayton, qui correspond à la turbine à gaz conventionnelle.
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Cycle de Rankine, qui fonctionne avec la turbine à vapeur.
2. L'énergie solaire
Ce type d'énergie est capable de convertir le rayonnement solaire en énergie électrique. Il existe deux technologies pour produire de l’électricité grâce au Soleil :
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Énergie solaire photovoltaïque : les installations photovoltaïques sont constituées de panneaux solaires constitués de cellules photovoltaïques. Les panneaux photovoltaïques peuvent convertir la lumière du soleil en courant électrique.
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Les centrales solaires thermiques sont de grandes installations constituées de miroirs qui concentrent le rayonnement en un point. De cette manière, l'eau est chauffée pour générer de la vapeur et entraîner une turbine à vapeur. Le fonctionnement est similaire à une centrale électrique conventionnelle, mais la source de chaleur est l'énergie solaire.
Les systèmes solaires thermiques peuvent être utilisés pour produire de l'eau chaude dans de petites installations. Il est fréquent de voir des capteurs solaires dans les maisons pour fournir de l'eau chaude sanitaire (ECS) et du chauffage.
L’énergie obtenue de cette source d’énergie peut être stockée en utilisant des batteries que c’est un forme d’énergie chimique ou administrée directement à travers des réseaux de transport électrique.
3. Énergie nucléaire et centrales nucléaires
L'énergie nucléaire exploite l'énergie thermique libérée lorsqu'un atome est divisé. C'est ce que nous appelons une réaction de fission nucléaire. De nos jours, la production nucléaire représente environ 11 % de toute l'électricité dans le monde.
Le principe de production d'électricité dans les centrales nucléaires est le même que dans les centrales thermiques conventionnelles. Seulement dans ce cas, l'énergie thermique est générée dans un réacteur nucléaire.
Le combustible de l'énergie nucléaire est l'uranium, qui est un minéral extrait de la Terre. C'est une source non renouvelable car les ressources en uranium naturel sont limitées. Cependant, une grande quantité de puissance peut être obtenue avec peu de carburant.
Le premier réacteur nucléaire a été construit aux États-Unis dans le cadre du projet Manhattan dans le contexte de la Seconde Guerre mondiale.
Les réactions nucléaires n'émettent pas de gaz à effet de serre mais génèrent des déchets radioactifs qui doivent être traités avec précaution.
4. Puissance hydraulique
Lors de la construction d'une centrale hydroélectrique à l'aide de barrages sur les rivières, une différence dans les niveaux de surface de l'eau est artificiellement créée. Sous l'action de la gravité, l'eau entraîne une turbine reliée à un générateur.
5. Énergie éolienne
L'énergie éolienne est un moyen d'exploiter la puissance du vent. Le mouvement du vent est une conséquence de l'effet du soleil, nous pouvons donc le considérer comme une source d'énergie non conventionnelle.
Un parc éolien comprend un ensemble d'éoliennes qui sont des éoliennes reliées à un générateur. Les éoliennes produisent de l'électricité en convertissant l’énergie cinétique du vent en énergie électrique.
6. Géothermie
Les centrales géothermiques sont des centrales thermiques ordinaires, dans lesquelles des sources de chaleur souterraines provenant des entrailles de la Terre sont utilisées.
A plus petite échelle, on peut utiliser cette source d'énergie pour profiter de l'énergie thermique pour produire de l'eau chaude sanitaire (ECS) et de l'énergie de chauffage.