Électricité
Courant électrique

Production d'électricité

Production d'électricité

La production d'électricité consiste à générer de l'électricité à partir de sources d'énergie primaires. La particularité de l'électricité est qu'il ne s'agit pas d'une énergie primaire, elle est librement présente dans la nature en quantités importantes et doit être produite. La production d'électricité a généralement lieu à l'aide de générateurs d'entreprises industrielles appelées centrales électriques.

Dans le secteur de l'énergie électrique, la production d'électricité est la première étape dans la fourniture d'électricité aux utilisateurs finaux, les autres étapes étant le transport, la distribution, le stockage et la restauration de l'énergie dans les centrales de stockage à pompage.

Histoire de la production d'électricité

Le principe de base de la production d'énergie a été découvert dans les années 1820 et au début des années 1830 par le scientifique britannique Michael Faraday. Sa méthode, qui est utilisée aujourd'hui, est la suivante: dans un circuit à conducteur fermé, lorsque ce circuit se déplace entre les pôles d'un aimant, un courant électrique se produit.

Les générateurs électriques installés dans des centrales produisent de l'électricité de manière centralisée sous forme de courant alternatif. À l'aide de transformateurs de puissance, la tension électrique du courant alternatif généré est augmentée, ce qui permet de la transmettre par le biais de câbles à faibles pertes. Qu'est-ce qu'une installation à énergie solaire photovoltaïque ferait un convertisseur de courant électrique.

Au lieu de la consommation électrique, la tension alternative est réduite en réduisant les transformateurs et transmise aux consommateurs. L'électrification ainsi que la méthode de fabrication de l'acier Bessemer sont devenues la base de la deuxième révolution industrielle. Les principales inventions qui ont rendu l'électricité publique et indispensable ont été réalisées par Thomas Alva Edison et Nikola Tesla.

La production d'électricité dans les centrales électriques a commencé en 1882 lorsqu'un moteur à vapeur installé à la station Pearl Street à New York a lancé une dynamo qui produisait du courant continu pour éclairer Pearl Street. De nouvelles technologies ont rapidement été introduites dans de nombreuses villes du monde, transformant rapidement les ventilateurs d'éclairage en énergie électrique. Peu de temps après, les lampes électriques ont commencé à être largement utilisées dans les bâtiments publics, les entreprises et les transports en commun (tramways et trains). Depuis lors, la production d'énergie électrique dans le monde n'a cessé d'augmenter.

Moyens de générer de l'électricité

Le principal moyen de produire de l'énergie électrique est de la générer au moyen d'un générateur électrique situé sur le même axe que la turbine et de convertir l'énergie cinétique de la rotation de la turbine en électricité. En fonction du type d'agent de travail qui fait tourner la turbine, les centrales sont divisées en deux catégories: hydraulique et thermique (y compris nucléaire).

  • Hydroélectricité ou hydroélectricité. Générer de l'électricité grâce à la force de l'eau.
  • Énergie thermique Production d'électricité par la combustion de combustibles fossiles.
  • Énergie nucléaire. Production d'électricité par réactions de fission nucléaire.

Il existe d'autres manières de produire de l'électricité qui présentent plusieurs avantages par rapport au «traditionnel» (mentionné ci-dessus), mais elles ne sont pas répandues pour diverses raisons. Les principaux types d'énergie alternative sont:

L'hydroélectricité

Centrale hydroélectrique - production d'électricitéL'hydroélectricité est un secteur de production d'énergie renouvelable qui utilise l'énergie cinétique d'un flux d'eau pour produire de l'électricité. Les entreprises de production d'énergie dans cette région sont des centrales hydroélectriques construites dans des rivières.

Lors de la construction d'une centrale hydroélectrique à l'aide de barrages dans les rivières, une différence dans les niveaux de surface de l'eau est créée artificiellement. L'eau, sous l'effet de la pesanteur, est versée du bassin supérieur au bassin inférieur par des conduites d'eau spéciales dans lesquelles se trouvent les turbines à eau, dont les aubes ne sont pas tordues par le flux d'eau. La turbine hydraulique fait tourner le rotor coaxial du générateur.

Un type particulier de centrale hydroélectrique est le pompage des installations de stockage. Elles ne peuvent pas être considérées comme des capacités de production dans leur forme pure, car elles consomment presque autant d'électricité qu'elles en produisent. Cependant, ces centrales gèrent très efficacement la décharge du réseau aux heures de pointe.

Il convient également de noter ces types alternatifs d'énergie hydroélectrique: les vagues de marée et d'énergie. Dans ces cas, l'énergie cinétique naturelle des marées marines et des vagues de vent est utilisée pour produire de l'énergie électrique. La prolifération de ces types d'énergie électrique est entravée par la nécessité de faire coïncider de nombreux facteurs lors de la conception d'une centrale: il faut une côte où les marées (et les vagues, respectivement) sont suffisamment fortes et stables. .

Énergie thermique

Les entreprises du secteur de l' énergie thermique sont des centrales thermiques dans lesquelles l' énergie thermique résultant de la combustion de combustibles fossiles est convertie en énergie électrique. La production d'énergie dans les installations thermiques est considérée comme une source d'énergie non renouvelable. Les centrales thermiques sont de deux types principaux:

Condensation, technologie IES. Une centrale thermique à condensation conçue exclusivement pour la production d'électricité. La chaleur obtenue en brûlant le combustible chauffe l'eau des générateurs de vapeur et la vapeur surchauffée résultante est fournie à la turbine à vapeur, sur le même axe que celui où se trouve un générateur électrique. Dans une turbine, l'énergie interne de la vapeur est convertie par des processus thermodynamiques en énergie mécanique qui, dans un générateur électrique, génère un courant électrique fourni au réseau électrique. La vapeur d'échappement est rejetée dans le condenseur. De là, l'eau condensée est pompée vers le générateur de vapeur.

Cogénération, technologie de cogénération. Une centrale de cogénération est une centrale thermique dans laquelle une partie de l' énergie thermique est destinée à générer de l'énergie électrique et une partie est fournie pour chauffer les zones résidentielles environnantes. La production combinée de chaleur et d'énergie électrique dans une centrale thermique augmente considérablement l'efficacité énergétique, comparée à la production d'électricité séparément dans les centrales à condensation et de la chaleur nécessaire au chauffage, dans les chaudières domestiques

Les schémas technologiques d'IES et de cogénération sont similaires, tous deux utilisent les mêmes principes thermodynamiques. La différence fondamentale entre le CHPP et l'IES réside dans le fait qu'une partie de la vapeur générée dans la chaudière est utilisée pour les besoins en chauffage.

Production d'électricité par le nucléaire

Production d'électricité - Énergie nucléaireDans l'énergie nucléaire pour la production d'énergie et de chaleur utilisant l'énergie nucléaire. Les entreprises nucléaires sont des centrales nucléaires. Le principe de la production d'électricité dans les centrales nucléaires est identique à celui des centrales thermiques. Seulement dans ce cas, l' énergie thermique n'est pas libérée lors de la combustion de combustibles fossiles, mais à la suite d'une réaction nucléaire dans un réacteur nucléaire.

Le système de production d'électricité est similaire à celui des centrales thermiques: un générateur de vapeur reçoit la chaleur du réacteur et génère de la vapeur, passe à une turbine à vapeur, etc. En raison de certaines caractéristiques de conception des centrales nucléaires, il est rentable de les utiliser uniquement pour générer de l'électricité.

Énergie éolienne

L'utilisation de l'énergie éolienne cinétique pour générer de l'électricité. Fait intéressant, selon la loi de Betz, l'efficacité d'une éolienne ne peut dépasser 59,3%. L'énergie éolienne est considérée comme une énergie renouvelable.

Énergie solaire photovoltaïque

La production d'énergie électrique à partir de l'énergie du rayonnement solaire grâce à l'effet photoélectrique. Les panneaux photovoltaïques convertissent la lumière solaire directement en électricité. Bien que la lumière du soleil soit libre et abondante, la production d'électricité à grande échelle dans les centrales solaires coûte plus cher que la production d'électricité par des générateurs électriques. Cela est dû au coût élevé des panneaux solaires, qui ne cesse de diminuer. D'autre part, l'un des avantages de l'énergie solaire est qu'il s'agit d'une source d'énergie renouvelable.

Les batteries solaires avec une efficacité de conversion de près de 30% sont actuellement disponibles dans le commerce. Dans les systèmes expérimentaux, une efficacité supérieure à 40% a été démontrée. Jusqu'à récemment, les dispositifs photovoltaïques étaient plus fréquemment utilisés dans les stations orbitales spatiales, dans des endroits à faible densité de population sans accès à un réseau électrique commercial ou comme source supplémentaire d'électricité pour les particuliers et les entreprises.

Les progrès récents en matière de production photovoltaïque et d'efficacité technologique, ainsi que les subventions liées à des préoccupations environnementales, ont considérablement accéléré le déploiement de l'énergie solaire photovoltaïque. Les inconvénients de l'énergie éolienne et ceux de l'énergie solaire sont la nécessité de créer des capacités de stockage pour le fonctionnement de nuit (pour l'énergie solaire) ou sans vent (pour l'énergie éolienne).

Énergie géothermique pour la production d'électricité

Énergie géothermiqueLa géothermie est basée sur la production industrielle d'énergie, notamment d'électricité, de sources thermales et d'eaux souterraines thermiques. En fait, les centrales géothermiques sont des centrales thermiques ordinaires dans lesquelles des sources de chaleur souterraines provenant des entrailles de la Terre sont utilisées à la place d'une chaudière ou d'un réacteur nucléaire comme source de chaleur pour chauffer la vapeur selon les lois de la thermodynamique.

Les inconvénients de l'énergie géothermique sont les limites géographiques de son application: d'un point de vue thermodynamique et économique, la construction de centrales géothermiques n'est rentable que dans les régions à activité tectonique, c'est-à-dire où ces sources naturelles de chaleur sont les plus abordables.

Énergie d'hydrogène

L'utilisation de l'hydrogène comme source d'énergie a de grandes perspectives: l'hydrogène a un rendement de combustion très élevé, ses ressources sont pratiquement illimitées, ce qui en ferait une source d'énergie renouvelable. La combustion de l'hydrogène est absolument respectueuse de l'environnement (l'eau distillée est le produit de la combustion dans une atmosphère d'oxygène).

Cependant, l'énergie de l'hydrogène ne peut répondre pleinement aux besoins de l'humanité en raison du coût élevé de la production d'hydrogène pur et des problèmes techniques liés à son transport en grande quantité.

Électrochimie

La production d'énergie électrochimique se produit lors du processus de conversion directe de l'énergie des liaisons chimiques en électricité, par exemple dans une batterie. La génération d'énergie électrochimique est importante dans les applications portables et mobiles. Actuellement, la majeure partie de l'énergie électrochimique provient des batteries. Les cellules primaires, telles que les batteries zinc-carbone classiques, agissent directement en tant que sources d'énergie, tandis que les cellules secondaires (batteries) servent à stocker l'électricité et non à la générer. Systèmes électrochimiques ouverts appelés piles à combustible., Peut être utilisé pour extraire de l'énergie de combustibles naturels ou synthétiques.

Dans les endroits où il y a beaucoup d'eau salée et d'eau douce, il est possible de créer des centrales osmotiques.

L'économie de la production d'énergie

La construction d'installations d'énergie électrique est très coûteuse, sa période de récupération est longue. L'efficacité économique d'une méthode de production d'électricité dépend de nombreux paramètres, principalement de la demande en électricité et de la région. Les prix de vente des produits non électriques varient également en fonction de la relation entre ces paramètres.

Le choix du type de centrale repose également principalement sur la prise en compte des besoins locaux en électricité et des fluctuations de la demande. En outre, tous les réseaux électriques ont des charges différentes, mais les centrales qui sont connectées au réseau et fonctionnent en permanence doivent fournir la charge de base, la consommation quotidienne minimale. La charge de base ne peut être fournie que par de grandes centrales thermiques et nucléaires, dont la puissance peut être régulée dans certaines limites. Dans les centrales hydroélectriques, la capacité de contrôler l'énergie est beaucoup plus faible.

Les centrales thermiques sont de préférence construites dans des zones à forte densité de consommateurs industriels. L'impact négatif de la contamination des sols par les déchets peut être minimisé, car les centrales électriques sont généralement situées loin des zones résidentielles. Le type de combustible utilisé est essentiel pour une centrale thermique. En général, le charbon est le combustible le moins cher pour les centrales thermiques. Mais si le prix du gaz naturel tombe au-dessous d'une certaine limite, son utilisation pour produire de l'électricité devient plus préférable que de produire de l'électricité en brûlant du charbon.

Le principal avantage de l'énergie nucléaire réside dans la grande capacité de chaque unité de production, relativement petite et respectueuse de l'environnement, dans le strict respect de toutes les normes d'exploitation. Cependant, les dangers potentiels d'une défaillance d'une centrale nucléaire sont très élevés.

Les centrales hydroélectriques sont généralement construites dans des zones isolées et sont extrêmement respectueuses de l'environnement, mais leur capacité varie considérablement en fonction de la période de l'année et elles ne peuvent pas réguler l'énergie fournie au réseau électrique sur une large plage.

Le coût de production d'électricité à partir de sources renouvelables (à l'exclusion de l'énergie hydroélectrique) a récemment diminué considérablement. Le coût de l'électricité produite à partir de l'énergie solaire, de l'énergie éolienne et de l'énergie marémotrice est dans de nombreux cas déjà comparable au coût de l'électricité produite dans des centrales thermiques. Compte tenu des subventions publiques, la construction de centrales fonctionnant avec des sources renouvelables est économiquement réalisable. Cependant, le principal inconvénient de ces centrales réside dans la nature incohérente de leurs travaux et dans leur incapacité à réguler leur capacité.

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Références

Dernier examen: 12 septembre 2019