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Géothermie

L'énergie géothermique pour produire de l'électricité

L'énergie géothermique pour produire de l'électricité

L'une des applications de l'énergie géothermique est la production d'électricité. Une centrale géothermique est comme n'importe quelle autre centrale, sauf que la vapeur n'est pas produite en brûlant des combustibles fossiles ou d'autres combustibles, mais qu'elle est pompée à partir du sol. Le traitement à la vapeur supplémentaire est identique à celui d'une centrale classique: de la vapeur alimente une turbine à vapeur qui entraîne le rotor d'un générateur électrique. Une fois entrée dans le condenseur, la turbine à vapeur se condense pour renvoyer l'eau ainsi obtenue à la source géothermique. Le terme énergie géothermique est l'énergie qui peut être récupérée de l'intérieur de la Terre et utilisée à des fins énergétiques ou autres.

La géothermie est considérée comme une source d'énergie renouvelable et durable, de même que l'énergie solaire ou éolienne, car l'extraction de chaleur est faible par rapport au contenu calorifique de la Terre. Les émissions de gaz à effet de serre des centrales géothermiques représentent en moyenne 45 grammes de dioxyde de carbone par kilowatt-heure d'électricité, soit moins de 5% de la quantité des centrales à charbon classiques.

Conversion de l'énergie géothermique en électricité

L'une des applications les plus utilisées de l'énergie géothermique est la production d'électricité. Le choix de la technologie de production d'électricité dépend du type de gisement géothermique.

La géothermie utilise de la vapeur pour entraîner la turbine à vapeur. La vapeur (humide ou sèche) peut être obtenue directement à partir du réservoir, mais elle peut également être produite artificiellement dans des roches chaudes et sèches, appelées systèmes géothermiques avancés.

Dans les lits avec des températures de fluide plus basses, la vapeur nécessaire au fonctionnement des turbines est obtenue indirectement en chauffant le fluide de travail avec un point d'ébullition inférieur au point d'ébullition de l'eau. Le cycle organique de Rankin est différent et s'appelle le processus de Kalina. La différence réside dans la composition du fluide de travail. Le cycle organique de Rankin utilise des ingrédients organiques tels que le toluène, le pentane, le propane et d'autres hydrocarbures, tandis qu'un mélange d'ammoniac et d'eau est utilisé dans le cycle de Kalina. Le cycle de Kalina n'est pas une approche privilégiée précisément pour l'utilisation de l'ammoniac.

Dans tous les cas, les centrales géothermiques peuvent être divisées en trois types de base: les centrales à vapeur sèche, les installations d'évaporation (simples et doubles) et les installations binaires.

Centrales géothermiques à vapeur sèche

Les centrales à vapeur sèche sont le premier type de centrales géothermiques à atteindre le statut commercial.

La vapeur peut être introduite directement dans la turbine à partir du puits de production et rejetée dans l'atmosphère après la détente. Généralement, de la vapeur réchauffée est générée et ne contient que de petites quantités d'autres gaz. Un tel cycle de condensation directe est l'option la plus simple et la moins coûteuse pour produire de l'électricité à partir de cette source d'énergie renouvelable. Ils sont utilisés dans les cas où la vapeur contient une grande proportion de gaz sans condensation.

Dans les installations de condensation, la vapeur se condense à la sortie de la turbine et se refroidit dans les tours de refroidissement classiques. Le condensat qui en résulte peut être utilisé dans le système de refroidissement de la centrale électrique et réinséré dans le bac. De cette manière, le roulement est rétabli et la pression requise est maintenue.

Centrales géothermiques à évaporation

Dans les lits à dominante aqueuse, la technologie des centrales géothermiques à évaporation est appliquée. L'énergie dans ce cas est de l'eau sous pression. Puisque la pression dans le puits est généralement inférieure à la pression dans le puits, l'eau sous pression dans le puits coule à la surface. Sous l'effet de la chute de pression, une certaine partie du liquide s'évapore et le puits produit simultanément de l'eau chaude et de la vapeur, l'eau constituant la phase dominante.

L'usine à double évaporation est une amélioration par rapport à l'usine à simple évaporation, car elle permet d'augmenter de 15 à 25% la production, dans les mêmes conditions de fluide géothermique. L'installation est plus complexe, plus coûteuse et plus exigeante en termes de maintenance, mais la puissance de sortie plus élevée justifie généralement l'installation de telles installations.

Centrales géothermiques à cycle binaire

Les centrales géothermiques à cycle binaire, du point de vue de la thermodynamique, sont celles qui sont les plus proches des centrales thermiques utilisant des combustibles fossiles ou des centrales nucléaires, dans lesquelles le fluide de travail prend un véritable cycle fermé. Le fluide de travail, sélectionné pour ses propriétés thermodynamiques favorables, reçoit de la chaleur du fluide géothermique. Grâce aux lois de la thermodynamique, ce fluide s'évapore, se dilate dans la turbine, se condense et retourne à l'évaporateur par le biais d'une pompe d'alimentation.

Les installations binaires permettent la conversion de la chaleur géothermique en électricité à partir de réservoirs d'eau chaude à basses températures (appelés réservoirs d'eau dominants) avec des températures supérieures à 85 ° C. Cette technologie est également adaptée à l'exploitation de sources d'énergie renouvelables. température moyenne avec vapeur humide avec un rapport eau / vapeur élevé à des températures trop basses pour l'application pratique du système d'évaporation. Les installations binaires convertissent la chaleur provenant de sources à moyenne température en électricité plus efficacement que les autres technologies.

L'utilisation de plantes binaires a été améliorée avec l'introduction de la technologie Kalina. Un mélange d'eau et d'ammoniac s'évapore dans une plage de température finie, produisant de la vapeur à deux composants (par exemple, 70% d'ammoniac et 30% d'eau), contrairement au cycle organique de Rankin à base de fluides purs qui s'évaporent. à une température d'évaporation donnée.

Comparaison des centrales géothermiques avec des centrales conventionnelles

Que l'énergie géothermique soit utilisée pour produire de l'électricité ou directement, les caractéristiques des gisements géothermiques déterminent la technologie à exploiter. Le fluide géothermique contient souvent de grandes quantités de gaz tels que le sulfure d'hydrogène et diverses solutions chimiques pouvant être très toxiques. Par conséquent, des problèmes de corrosion, d'érosion et de dépôt de composés chimiques peuvent survenir, entraînant la défaillance des canalisations et des turbines et même une diminution du rendement de l'installation. Ces problèmes sont évités en combinant l'utilisation de matériaux résistant à la corrosion, le contrôle de la température des fluides, la purification à la vapeur et l'utilisation d'agents anticorrosion.

Spécificité des centrales géothermiques:

  • Dans les centrales géothermiques, il n'y a pas de combustion de combustibles fossiles, ce qui réduit les coûts mais minimise également la pollution de l'environnement.
  • La basse température et la pression de vapeur entraînent un faible rendement thermodynamique de l'installation (environ 15%) par rapport aux centrales à combustibles fossiles (35 à 38%);
  • Un processus de mise en service long et complexe rend les centrales géothermiques plus appropriées pour couvrir la charge de base que pour couvrir la charge maximale;
  • les centrales géothermiques doivent être situées le plus près possible de la production pour éviter les pertes de transport;
  • Une centrale géothermique de 100 MW consomme environ 80 tonnes / heure de vapeur. Cet écoulement est généralement réalisé par plusieurs puits de production qui pompent le même roulement;
  • La vapeur contient une bonne quantité de minéraux, ce qui provoque l'érosion et la corrosion des éléments de la turbine. Cela nécessite un entretien continu et significatif;
  • Le coût initial d'une centrale géothermique est plus élevé car, en plus de la centrale, il est nécessaire de construire un puits, qui est en réalité le coût le plus élevé. Cependant, avec le temps, les coûts diminuent car la disponibilité des ressources est stable et prévisible. De plus, une centrale géothermique ne dépend pas des fluctuations des prix de l'énergie sur le marché.
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Dernier examen: 26 août 2019