Les centrales thermiques conventionnelles sont des centrales qui produisent de l'électricité à partir d'une source de chaleur. Pour produire de l'énergie électrique, ils obtiennent de l'énergie thermique à partir de combustibles (souvent du charbon, du pétrole ou du gaz naturel) pour produire de la vapeur d'eau. Par la suite, une turbine à vapeur reliée à un générateur, transforme la vapeur en énergie électrique.
Les centrales à vapeur peuvent être divisées en plusieurs sections :
- Ligne électrique.
- Production de vapeur.
- Turbine à vapeur.
- Condenseur.
Bien que la définition d'une centrale thermique soit assez restrictive, on peut observer différents types de cycles thermodynamiques qui satisfont à ces exigences. Les cycles les plus répandus sont les cycles de Rankine et les cycles de Hirn.
Les centrales à vapeur les plus courantes sont les centrales nucléaires, les centrales au charbon, les centrales solaires thermiques et les centrales à cycle combiné.
Les installations à cycle combiné sont basées sur deux machines thermiques différentes avec des cycles séparés. D'une part, il fonctionne comme une centrale à vapeur conventionnelle et, d'autre part, au moyen d'une turbine à gaz naturel.
Ligne électrique d'une centrale à vapeur
Avant d'entrer dans la chaudière, l'eau passe par une phase de préchauffage et de compression. En entrant dans la chaudière, il y a plusieurs échangeurs de chaleur dans lesquels la vapeur sortant de la turbine préchauffe le fluide de travail.
Cela permet à des températures plus élevées d'entrer dans le générateur de vapeur, ce qui augmente l'efficacité de l'installation.
Comment la vapeur est-elle produite dans une centrale thermique ?
Dans le générateur de vapeur d'une centrale thermique, l'eau à pression constante est portée au point d'ébullition grâce à la pression et à la température, l'eau se transforme en vapeur.
Ceci est réalisé au moyen d'un échangeur de chaleur correctement conçu divisé en différentes parties. Ceux-ci peuvent être échangés avec un liquide ou avec des gaz chauds produits par combustion.
Dans les systèmes supercritiques, le liquide de travail ne subit plus de véritable transition de phase. Dans ces systèmes, la pression est supérieure au point critique.
Expansion de vapeur dans la turbine de l'usine
La vapeur sortant du générateur de vapeur est envoyée à une machine à vapeur. Cette machine est normalement une turbine à vapeur ou une machine alternative.
La première partie de l'expansion passe souvent par une phase d'action initiale.
Par la suite, seules les étapes de réaction suivent en raison de leur plus grande efficacité. Pour les grandes centrales thermiques à un certain point d'expansion, la vapeur est renvoyée au générateur de vapeur pour être réchauffée. De cette manière, le travail de la turbine est augmenté et en même temps la présence de condensat dans son évacuation est réduite.
La vapeur continue son expansion dans la turbine, se détend et se refroidit.
Une fois la détente terminée, la vapeur sort de la turbine et est envoyée vers le condenseur, pour les fluides simples, ou vers un désurchauffeur suivi du condenseur, pour les fluides avec hotte à saturation rétrograde.
La vapeur détendue qui en sort a encore une température élevée et est envoyée à un échangeur de chaleur avec la chaudière pour commencer à chauffer le fluide pour le cycle suivant.
Quelle est la fonction du condensateur?
Le condenseur d'une centrale thermique est le composant dans lequel s'effectue la condensation du fluide de travail pour le transformer en eau.
Le condenseur fonctionne à des pressions très basses dans les cycles à eau, alors qu'il peut l'être à des pressions plus élevées, voire supérieures aux pressions atmosphériques, pour des cycles alimentés avec d'autres fluides de travail.
Comment l'énergie est-elle transformée en électricité ?
La détente de la vapeur dans la turbine permet le transfert d'énergie mécanique aux pales du rotor. D'autre part, le rotor est relié à un alternateur qui absorbe de l'énergie. L'alternateur est un générateur synchrone triphasé connecté directement au réseau électrique principal de la centrale et indirectement au réseau de transport électrique.
La conversion de l'énergie mécanique en énergie électrique s'effectue grâce à des phénomènes de conversion mécanique électromagnétique de l'énergie présente au sein de l'alternateur.
Quel est l'impact environnemental d'une centrale vapeur ?
Les impacts environnementaux des centrales vapeur sont différents selon le mode d'obtention de la vapeur :
- Les centrales thermiques utilisant des combustibles fossiles génèrent des gaz à effet de serre.
- Les centrales nucléaires n'émettent pas de gaz mais elles génèrent des déchets nucléaires très polluants qui doivent suivre un processus de stockage très strict.
- Les centrales solaires thermiques utilisent une source d'énergie renouvelable et ont un impact minimal.
