Centrale électrique
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Vous avez de Une centrale (de production d'énergie) électrique est un site industriel qui produit de l'électricité en grande quantité.
Les centrales électriques transforment des sources d'énergie naturelles en énergie électrique, afin d'alimenter en électricité des consommateurs, particuliers ou industriels relativement lointain. Le réseau électrique est utilisé pour transporter/distribuer l'électricité jusqu'aux consommateurs.
Différentes sources d'énergie sont utilisés dans les centrales.
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[modifier] Centrales thermiques à flamme
Les centrales thermiques à flamme utilisent des combustibles chimiques pour produire de la chaleur transformée en énergie mécanique par un cycle moteur thermodynamique, lui même alimentant un alternateur. Les combustibles sont généralement fossiles :
Des combustibles renouvelables telles le bois ou le biogaz sont parfois utilisés.
[modifier] Centrales conventionelles à chaudières
Les centrales les plus répandues sont constituées d'une chaudière et d'une turbine à vapeur (cycle Rankine). Leur carburant est le plus souvent du charbon mais on trouve aussi des chaudières utilisant de la biomasse, du gaz naturel, du pétrole, ou des déchets municipaux.
La plupart des centrales à charbon sont de type « feu pulvérisé », où le charbon est réduit en poudre très fine et injecté dans la chaudière. Les centrales les plus récentes possèdent un cycle vapeur supercritique, qui permet d'avoir un rendement qui dépasse 45%.
[modifier] Turbines à gaz
Les turbines en cycle simple sont peu coûteuses à construire, de plus elle ont l'avantage de démarrer très rapidement (contrairement aux chaudières à vapeur qui ont une certaine inertie). Néanmoins, leur rendement faible (35% au mieux) empêche de les utiliser directement pour la production d'électricité sans valoriser leur chaleur résiduelle, sauf en appoint lords des pics de demande ou à toute petite échelle.
Les gaz d'échappement des turbines à gaz étant très chaud (de l'ordre de 600°c), la chaleur peut être réutilisée de diverse façon. On emploie souvent les turbines à gaz en cogénération, les gaz d'échappement alimentant une chaudière qui founit de la chaleur (généralement sous forme de vapeur) pour un process industriel.
[modifier] Obstacles, défauts ou inconvénients
- Les sources d'énergie fossiles ont le défaut d'être épuisables.
- Les centrales thermiques à flamme produisent du dioxyde de carbone (gaz à effet de serre) et d'autres polluants (poussières, métaux lourds, dioxyde de soufre ...).
[modifier] Avantages
La production d'énergie est relativement indépendante des conditions météorologiques et la densité de puissance est très élevée.
Elles permettent de faire de la cogénération : lorsque l'on a besoin à un endroit déterminé (agglomération, industries chimiques, serres, ...) de chaleur en grande quantité, il est intéressant de créer une centrale thermique qui produit de l'électricité et dont le circuit de refroidissement sert de source de chaleur pour l'application désirée.
C'est une manière de rentabiliser les inévitables pertes de ce type de centrales.
[modifier] Centrales nucléaires
Voir l’article Centrale nucléaire.Ces centrales utilisent également des cycles de conversion thermodynamique, néanmoins leur "chaudière" est un réacteur nucléaire. L'énergie nucléaire obtenue à la suite de réactions de fission de l'uranium et du plutonium est la source de chaleur utilisée. Elles produisent environ 15% de l'électricité mondiale. Les centrales nucléaires produisent des déchets radioactifs et présentent un risque d'accident. La probabilité d'occurence d'un tel accident sur les centrales modernes est sujette à débat.
[modifier] Énergies renouvelables
Les énergies renouvelables correspondent à différentes sources d'énergies qui se renouvellent à l'échelle humaine.
[modifier] Centrale hydroélectrique
L'énergie hydraulique est depuis longtemps une solution mise en œuvre dans la production d'électricité car elle utilise une énergie renouvelable. Il existe également des centrales hydroélectriques de pompage turbinage qui permettent d'accumuler l'énergie venant d'autres types de productions peu maniables telle que les centrales nucléaires lorsque la consomation est basse et de la restituer lorsque c'est nécéssaire.
- À un étranglement des rives d'un cours d'eau, les hommes érigent un barrage qui crée une retenue d'eau. Au pied de ce barrage, on installe des turbines reliées à des alternateurs. On alimente en eau sous pression les turbines par un système de canalisations et de régulateurs de débit.
- Obstacles, défauts ou inconvénients :
- Outre que les sites potentiels se situent généralement en montagne entraînant des surcoûts importants de construction, le nombre de ces sites est limité.
- De plus ce système implique parfois de noyer des vallées entières de terre cultivable, où les hommes vivent bien souvent depuis des générations.
- Il y a différents types de centrales hydro-électriques, notamment les micro-centrales, installées sur des rivières en tête de bassin, certaines avec un fort impact écologique.
[modifier] Éolienne
L'énergie éolienne est produite sous forme d'électricité par une éolienne. Des éoliennes formées d'un mat surmonté d'un générateur électrique entraîné par une hélice, sont positionnées idéalement sur les plans d'eau ou les collines ventées.
- Obstacles et inconvénients :
- Les principaux défauts de ces éoliennes, sont une pollution visuelle du paysage et l'obstruction de la navigation aérienne de proximité à basse altitude. Le bruit est également nuisible d'après certains témoignages, lorsque qu'une éolienne est installée près d'une habitation.
- L'investissement est important, avec des rendements sujets aux caprices du vent et assez moyens comparés à d'autres systèmes concurrents.
- Solution individuelle :
- Tout comme on voit de plus en plus des panneaux solaires individuels sur les habitations, une version horizontale de l'éolienne, deux roues à aubes imbriquées, peut être installée sur son toit. Elle est quasi silencieuse et évite le transport de l'énergie sur de longues distances et, les pertes qui vont avec. Des solutions de stockage (donc la régularité de l'énergie disponible) existent à l'échelle d'une habitation individuelle.
[modifier] énergie solaire
On distingue les centrales électriques solaires photovoltaïques des centrales électriques thermiques, ces dernières étant très peu développées.
[modifier] Centrale solaire photovoltaïque
- Cet autre moyen de fabriquer de l'électricité avec l'énergie solaire utilise les rayonnements lumineux du soleil, qui sont directement transformés en un courant électrique par des cellules à base de silicium ou autre matériau ayant des propriétés de conversion lumière/électricité. Chaque cellule délivrant une faible tension, les cellules sont assemblées en panneaux.
- Ce système, bien que de rendement faible, est très simple à mettre en œuvre et particulièrement léger. Inventé pour les besoins des satellites artificiels militaires, il est aujourd'hui très utilisé pour une production locale ou embarquée d'électricité.
- Des panneaux solaires embarqués à bord de bateaux, véhicules terrestres, satellites et vaisseaux spatiaux, secondés par une batterie d'accumulateurs. Ces accumulateurs fournissent de l'énergie pendant les moments de non ou faible production des panneaux et stockent le surplus d'électricité pendant les moments de grande production.
- Obstacles, défauts ou inconvénients :
- Des projets de centrale solaire dans l'espace existent. Mais outre le problème du transport de l'électricité sur terre, il faudrait dans un premier temps transporter et assembler des milliers de tonnes de matériel en orbite, sans parler des problèmes de maintenance induits par un tel système.
[modifier] Énergie solaire thermique
- Pour capter un maximum d'énergie thermique solaire, plusieurs rangées de miroirs disposés en arc de cercle face à la course du soleil renvoient les rayons solaires en un seul point, appelé foyer. Pour que le foyer ne change pas de position en permanence, les miroirs sont orientables et pilotés par un système centralisé. À ce foyer une chaudière contenant un liquide sert de capteur d'énergie.
- Un autre système utilise des miroirs incurvés face au sud dans l'hémisphère nord munis d'un tube rempli d'un fluide qui s'échauffe aux rayons du soleil concentrés par le miroir. Le liquide est en général de l'eau qui surchauffée par l'énergie thermique solaire est conduite jusqu'à une turbine à vapeur.
- Enfin, un autre système appelé tour solaire utilise l'énergie solaire pour chauffer l'air contenu dans une immense serre. L'air chauffé est alors plus léger et monte dans une cheminée où sont actionnées des turbines.
- Obstacles, défauts ou inconvénients :
- Le problème de base de ce type de centrale électrique, est que l'énergie solaire est en quantité relativement faible en un point donné de la terre et, qu'elle n'utilise que la chaleur rayonnée, (rayonnement Infrarouge). La densité de puissance est faible, mais bien supérieure à celle du photovoltaïque.
- Par ailleurs, la production est intermittente (intermittence journalière jour/nuit et saisonnière) et localement imprévisible à moyen terme (aléa météorologique). Pour résuire l'intermittance jour/nuit, voire permettre une production 24h/24, les centrales les plus modernes (comme andasol, en construction en Espagne) sont équipées de réservoirs permettant de stocker du fluide porteur chaud.
[modifier] Marémotrice ou maréthermique
L'eau des mers et des océans peut également être utilisée pour produire de l'électricité.
Deux systèmes existent :
- Énergie marémotrice, c'est l'énergie des marées qui est utilisée
- Énergie maréthermique, c'est les différences de températures de l'eau à différentes profondeurs qui est utilisée
- Obstacles, défauts ou inconvénients :
- Les moyens mis en œuvre sont lourds et demandent beaucoup d'entretien.
La densité de puissance est très elevée si on reporte uniquement à la surface occupée par le barrage lui même, mais très basse si on compte la superficie recouverte pas le lac de retenue.
[modifier] Géothermique
La terre est composée d'une croûte, posée sur un manteau de roche en fusion. Le principe de l'énergie géothermique consiste à creuser un trou dans cette croûte, à envoyer un fluide caloporteur au fond à l'aide d'un tuyau et à récupérer ce fluide chauffé remontant par un autre tuyau. Cette chaleur fait tourner des turbines qui entraînent des alternateurs. Cette énergie est d'un usage courant en Islande où elle est facile à mettre en œuvre.
Obstacles, défauts ou inconvénients :
- La profondeur du forage nécessaire diffère selon les endroits.
- La profondeur de forage, malgré ces variations, reste conséquente, ce qui entraîne un fort coût d'investissement.
- Il existe un risque de remontée de magma.
Les investisseurs laissent donc pour l'instant les géologues rechercher des zones ayant des caractéristiques favorables avant d'entamer ce genre de projet.
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