L'arche II de Noé E-Book

Jacques Leger

• Herausgeber: Publishroom
• Kategorie: Fachliteratur
• Sprache: Französisch
• Veröffentlichungsjahr: 2019

Seitenzahl: 224

Beschreibung

L'énergie : quelles production pour quelle consommation ?

La production d’électricité constitue une activité hautement stratégique pour une économie nationale : un mauvais choix et c’est l’économie du pays qui est handicapée, un bon choix et c’est toute l’industrie qui bénéficie d’un avantage concurrentiel. La France par exemple, qui n’a ni charbon à coût raisonnable, ni gaz, ni pétrole, au moins à un niveau significatif, se devait d’avoir des idées. C’est ainsi que la France a développé la filière nucléaire avec 58 réacteurs, en 2017, pour produire une élec-tricité de masse compétitive, sans dépendance vis-à-vis des fluctuations du prix du pétrole et du gaz, et en réduisant les risques d’approvisionnement qui caractérisent les importations de ce type de combustible. Tout le monde ne construit pas de centrales nucléaires. Certains pays ont même choisi de ne plus faire appel à cette technologie, même si cette décision risque d’être remise en cause, quand les contraintes liées aux émissions de CO2 obligeront chacun à revoir ses stratégies.
Certains pays n’ont pas tellement le choix. Les USA, la Chine, l’Inde, qui disposent des principales réserves de charbon dans le monde, ne peuvent pas se résigner à ne pas utiliser ces ressources, même s’ils acceptent d’en réduire le poids en développant le gaz (pour les USA) ou le nucléaire (pour la Chine). D’autres pays tels que l’Australie et l’Afrique du Sud comptent bien utiliser leur potentiel de charbon, pour soutenir leur économie par l’exportation de ce combustible dont ils disposent, au-delà de leurs propres besoins. Avec une disponibilité pour encore 100 à 250 ans selon les stratégies, le charbon pourrait constituer une énergie d’avenir, si nous sommes capables de produire de l’électricité-charbon sans trop d’émissions deCO2.

Troisième tome d'une série d'ouvrages de l'auteur Jacques Leger, L'arche II de Noé se présente comme une analyse complète des questions de production et d'exploitation d'énergie au XXIe siècle.

EXTRAIT

L’humanité est-elle en train de se saborder, en rendant la Terre inhabitable ? C’est la question posée par le réchauffement de la planète et par nos émissions hors limites. Avec 12,5 milliards d’humains en 2100, le pire reste à venir. Seul un passage massif à l’électricité, au-delà des seuls 18% actuels, peut nous sauver.
L’électricité a changé notre rapport avec l’énergie. Finis les stocks de charbon et les réservoirs de pétrole, l’électricité est derrière le bouton de commande. Chauffage, éclairage, électroménager, machines, trains, ordinateurs, automobiles… l’électricité commandera bientôt tout, toujours et partout.
Devant tant de facilité, l’utilisateur en oublie l’organisation complexe et les énormes ressources énergétiques nécessaires à son confort. Comment produire cette électricité en très grande quantité, en disponibilité permanente, en flexibilité totale, en coût compétitif et sans émissions de CO2 ? Tel est notre défi.
Les solutions proposées par les uns ou par les différents écoles de pensées, constituent souvent autant d’impasses climatiques, fonctionnelles, ou sociétales. Il existe pourtant des solutions, pour qui veut regarder les choses en face et se donner la peine de les simuler pour le siècle à venir. C’est l’objet du projet « Arche II de Noé » qui nous sauvera du prochain déluge.

À PROPOS DE L'AUTEUR

Ingénieur et financier, Jacques Leger a passé cinquante années dans le monde de l’industrie, au sein de grandes entreprises industrielles, opérant dans les divers pays d’Europe, aux USA, au Japon, en Corée du Sud et en Chine. Il a vécu lui-même les différentes étapes de la mondialisation.

Leseprobe

Publishroom

www.publishroom.com

ISBN : 978-2-900370-06-3

Le Code de la propriété intellectuelle interdit les copies ou reproductions destinées à une utilisation collective. Toute représentation ou reproduction intégrale ou partielle faite par quelque procédé que ce soit, sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit, est illicite et constitue une contrefaçon, aux termes des articles L.335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle.

JacquesLEGER

L’Arche II deNoé

Tu seras ton énergie

Croissance-Energie-ClimatImpasses et Solutions

homoindustrialis.wixsite.com/blog

Éditions Matins d’Espoir

49, avenue de la République 75011 Paris-France

àNoé et à sa première Arche qui le sauva du Déluge.àtous ceux qui sont prêts à construire l’Arche II de Noé,Pour sauver le monde du nouveau DélugeProvoqué par nous-mêmes.

– 11 –

Introduction

1-La fée électricité

L’électricité fit son apparition vers1880.

L’électricité est une énergie secondaire, c’est-à-dire qu’on ne la trouve pas dans la nature et qu’il faut la produire à partir des énergies primaires naturelles que sont principalement le charbon, le pétrole, le gaz, le nucléaire, les chutes d’eau, le vent et le soleil. Après des siècles de recherche et d’affinage de la théorie électrique par Faraday, Volt, Ampère, Ohm, et tant d’autres, il fallut toutefois attendre Thomas Edison pour réaliser la première génératrice d’électricité opérationnelle. Le monde allait rapidement connaître la lumière. Il fallut encore mettre au point le courant alternatif avec Nikola Tesla. Les réseaux de distribution d’électricité purent alors se développer partout sur la Terre.

Une nouvelle ère de l’énergie commençait.

– 12 –

– 13 –

3-Énergie totale et énergie électrique dans lemonde

Le monde fait appel aux énergies fossiles pour 85% de l’énergie totale consommée.

Cette consommation est le résultat :

D’une consommation d’énergie primaire directe pour82%

D’une consommation sous forme d’électricité pour18%

L’électricité est la seule forme d’énergie (avec la biomasse) qui peut lutter contre les émissions de CO2, à condition bien sûr d’être produite autrement que par des énergies fossiles.

Or 66% de la production d’électricité est produite….avec des énergies fossiles.

Et chacun devra abandonner les énergies fossiles dans les prochaines décennies.

Sauf à être capable de capter le CO2 émis à sa source, ce que nous ne semblons pas mettre en œuvre.

Si nous voulons nous libérer des énergies fossiles, nous pouvons dire d’entrée qu’il n’y a qu’une seule stratégie possible :

– 14 –

s’engager à électrifier toutes les formes possibles de consom-mation d’énergie dans les transports, l’industrie, l’agricul-ture et l’habitat, en vue de passer de 18% comme part d’électricité par rapport à l’énergie totale consommée aujourd’hui, à 60 à 80% dans le futur.

produire notre électricité avec des énergies primaires qui ne soient pas fossiles et génératrices de CO2 (hydraulique, vent, soleil, nucléaire, biomasse).

Avec une population mondiale qui augmentera de 70% et un niveau de vie que tout le monde veut voir s’améliorer, il faudra multiplier par 10 la production d’électricité sur la Terre et donc multiplier par 30 la production d’électricité sans émission deCO2.

C’est dire l’enjeu.

4-Le dilemme de l’homme vis-à-vis de l’énergie

4-1-D’une part l’homme a besoin de l’énergie pour se développer

Tout notre développement, nos routes, nos logements, nos systèmes de chauffage, notre alimentation, nos transports, nos emplois, etc., tout dans notre mode de vie nécessite de l’énergie et même beaucoup d’énergie.

Un mathématicien écrirait : PIB = f (énergie). L’oublier c’est créer la stagnation et le chômage car chaque humain qui vit sur Terre consomme pour vivre, travailler et voyager, 20 MWh d’éner-gie par an, soit l’équivalent du travail de 13 chevaux de trait mis à notre disposition 10 heures par jour et 250 jours paran.

– 15 –

De nombreuses statistiques nous montrent que le niveau du PIB et la prospérité du monde sont directement corrélés à notre consommation d’énergie. Pour la période 1977-2012 (soit une période de 35 ans), le PIB du monde a été multiplié par un coefficient 5 quand l’énergie consommée était multipliée, pour la même période, par un coefficient 3. Le différentiel est ce que l’on appelle l’efficacité énergétique.

4-2-D’autre part, l’énergie émet des gaz à effet de serre et dégrade le climat.

Nous ne remettons pas en cause le lien CO2 et réchauffe-ment climatique. Le sujet est trop sérieux pour ne pas nous mobiliser. Nous devons être prêts pour le pire, même s’il n’est jamais certain.

Tous les modes de production de l’électricité ne sont pas égaux en termes de génération deCO2 :

Émissions de CO2 par les différentes sources de production d’électricité.

Tous les pays n’ont pas la même performanceC02.

Pour nous développer et produire l’énergie nécessaire sans détruire notre habitat, faisons comme Noé en son temps, construisons notre Arche.

– 17 –

I-Que la lumière soit : mais laquelle ?

1-1-Introduction à la production d’électricité

1-2-La centrale à charbon

1-3-La turbine àgaz

1-4-La turbine à vapeur

1-5-La centrale à cycle combiné

1-6-La centrale nucléaire

1-7-L’énergie hydraulique

1-8-Les autres énergies dites renouvelables

– 19 –

1-1-INTRODUCTION àLA PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ

La production d’électricité constitue une activité hautement stratégique pour une économie nationale : un mauvais choix et c’est l’économie du pays qui est handicapée, un bon choix et c’est toute l’industrie qui bénéficie d’un avantage concurrentiel. La France par exemple, qui n’a ni charbon à coût raisonnable, ni gaz, ni pétrole, au moins à un niveau significatif, se devait d’avoir des idées. C’est ainsi que la France a développé la filière nucléaire avec 58 réacteurs, en 2017, pour produire une élec-tricité de masse compétitive, sans dépendance vis-à-vis des fluctuations du prix du pétrole et du gaz, et en réduisant les risques d’approvisionnement qui caractérisent les importations de ce type de combustible. Tout le monde ne construit pas de centrales nucléaires. Certains pays ont même choisi de ne plus faire appel à cette technologie, même si cette décision risque d’être remise en cause, quand les contraintes liées aux émissions de CO2 obligeront chacun à revoir ses stratégies.

Certains pays n’ont pas tellement le choix. Les USA, la Chine, l’Inde, qui disposent des principales réserves de charbon dans le monde, ne peuvent pas se résigner à ne pas utiliser ces ressources, même s’ils acceptent d’en réduire le poids en déve-loppant le gaz (pour les USA) ou le nucléaire (pour la Chine). D’autres pays tels que l’Australie et l’Afrique du Sud comptent bien utiliser leur potentiel de charbon, pour soutenir leur éco-nomie par l’exportation de ce combustible dont ils disposent, au-delà de leurs propres besoins. Avec une disponibilité pour encore 100 à 250 ans selon les stratégies, le charbon pourrait constituer une énergie d’avenir, si nous sommes capables de produire de l’électricité-charbon sans trop d’émissions deCO2.

– 20 –

1-1-1-La question du rendement d’une centrale de production d’électricité

Le rendement d’une centrale constitue un facteur compa-rable à celui de la consommation d’un véhicule automobile ou de la bonne ou mauvaise isolation d’un logement. Le quart des réductions d’émissions de CO2 que le monde doit réaliser d’ici 2030 est constitué par la réduction des consommations via l’éli-mination du gaspillage et via l’augmentation des rendements. C’est le même ordre de grandeur que celui des économies à réaliser par la technologie de captage duCO2.

Aujourd’hui, 40% de l’électricité produite dans le monde utilise le charbon comme combustible. C’est presque deux fois plus que le gaz-pétrole (27%) et beaucoup plus que le nucléaire (11%) ou l’hydraulique (16%), les autres énergies renouvelables telles que le vent ou le soleil restant encore mar-ginales à l’échelle des besoins de la planète. La question du rendement des centrales à charbon constitue donc un facteur clé de succès pour atteindre nos objectifs mondiaux de lutte contre la pollution, et pour réaliser une meilleure utilisation de nos ressources énergétiques limitées. Nous nous sommes en effet engagés à réduire par un facteur 2 nos émissions de CO2 d’ici à 2030, et par un facteur 4 d’ici à2050.

D’ici à 2030, une partie des centrales électriques construites dans le monde continuera d’utiliser le charbon. Ces centrales doivent donc être performantes. Or le rendement des centrales électriques est aujourd’hui très variable.

– 21 –

Notons par exemple les rendements moyens suivants (nous parlerons plus tard des technologies) :

N’accusons pas la Chine qui a dû investir rapidement dans une quantité de centrales au rendement médiocre, pour faire face à ses besoins urgents de développement. Notre propre développement n’a pas été plus « propre »  quand c’était notre tour ! La Chine remplace d’ailleurs, à un rythme impression-nant, les anciennes centrales à mauvais rendement par des centrales ultra modernes, au rendement fortement amélioré et son intensité énergétique (kilo joules par dollar de PIB) est maintenant au niveau des Européens et des Américains. Quand les centrales à charbon du monde entier seront capables d’atteindre un rendement autour de 50%, la situation aura lar-gement progressé. L’optimisation du rendement d’une centrale constitue donc une priorité.

D’autant que le renouvellement des centrales se réalise plus rapidement que certains l’imaginent. Si toutes les centrales à charbon à construire dans le monde d’ici 2030 présentaient un rendement moderne, la situation serait améliorée d’envi-ron40%.

– 22 –

1-1-2-Les grands systèmes de centrales thermiques de production d’électricité

Trois grandes catégories de centrales utilisent des turboma-chines pour produire de l’électricité. Rappelons les machines utilisées dans chaque type de centrale :

Figure1-1Les 4 grands chapitres d’actions pour réduire les émissions de CO2 (CCS = Carbon Capture & Storage) / Source :GE

1-2-LA CENTRALE À CHARBON

Le principe d’une centrale à charbon

– 23 –

Les centrales à charbon transforment l’eau en vapeur, en utilisant le pouvoir calorifique du charbon. La vapeur ainsi pro-duite alimente une turbine à vapeur qui, elle-même, entraîne un alternateur, lequel produit l’électricité.

1-2-1-La chaudière

La chaudière constitue le point chaud, c’est-à-dire le début des cycles charbon et vapeur. La chaudière est une « bouilloire » chauffée au charbon, et dans laquelle on produit de la vapeur d’eau qui sera injectée dans la turbine à vapeur, puis condensée et ensuite renvoyée à la chaudière pour devenir à nouveau de la vapeur, en circuit fermé. La chaudière constitue un élément clé du cycle charbon / vapeur. Une bonne chaudière permet-tra une utilisation rationnelle du charbon, avec un meilleur rendement. Elle permettra également de délivrer la vapeur à une température et à une pression qui permettront le meilleur rendement de la turbine à vapeur. Au cours des années, diffé-rentes technologies de chaudières ont été développées, en vue d’améliorer le rendement de la combustion du charbon et de réduire les émissions nuisibles.

1-2-2-Le cycle charbon

On distingue les foyers de combustion suivants :

✘Les chaudières à charbon pulvérisésont utilisées pour les grandes puissances. La température de combustion plus élevée génère des émissions plus importantes. Ces chaudières sont équipées de brûleurs à bas niveaux de NOx (oxyde d’azote) et de systèmes de nettoyage des fumées qui permettent de respecter les normes d’émissions.

– 24 –

Les chaudières à lit fluidisé créent un équilibre dans le foyer de combustion, entre le poids descendant du charbon et la force verticale d’entraînement des gaz chauds. Le charbon flotte dans la chaudière, « il est fluidisé ». La convection permet d’homogénéiser la température vers 800°C à l’intérieur de la chaudière. Cette relativement faible température permet de réduire fortement les émissions de NOx (oxydes d’azote), et de SOx (oxydes de soufre). Le code français de l’environnement exige de filtrer ces émissions pour atteindre des taux de rejets au meilleur niveau de la technique. Les gaz d’échappement sont entraînés vers le haut et sont évacués après filtrage.

Figure1-3Chaudière à lit fluidisé circulantSource :GE

✘Les chaudières à lit fluidisé circulant. Le combustible et l’additif de désulfuration (du calcaire) sont injectés dans le foyer, avec une granulométrie correspondant à un charbon

– 25 –

grossièrement broyé. Le combustible est maintenu en suspen-sion dans le foyer, par un courant d’air primaire injecté sous une grille de distribution. Les particules brûlent en suspen-sion et les poussières, totalement ou incomplètement brûlées, quittent le foyer par sa partie supérieure, pour être récupérées dans un cyclone. Cette technologie moderne permet une com-bustion parfaite, à une température choisie relativement faible. Les émissions des centrales actuelles équipées de lit fluidisé circulant sont très maîtrisées (400 mg / Nm3). Cette technique permet également une adaptation instantanée aux variations de qualité du combustible, ce qui est nécessaire avec certains charbons aux qualités instables.

Nota : Dans Nm3, N = normal = pression à une atmosphère et température de15°C.

✘Le lit fluidisé sous pressionest une solution qui n’est pas encore opérationnelle. Il s’agit de mettre le foyer sous pres-sion, pour en réduire le volume. Le schéma est théoriquement tentant, mais le coût de la mise sous pression risque d’annuler les économies réalisées sur le volume réduit à traiter.

✘Les cycles combinés à combustion externe sont des cycles combinés 100% charbon. Le charbon est brûlé dans un brûleur et le gaz sous pression qui en résulte alimente une turbine à gaz. Le rendement n’est pas très bon car on ne dépasse pas les 1000°C, alors qu’il faut atteindre 1400°C pour bien faire fonctionner une turbine àgaz.

✘Les Procédés IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle) cherchent à produire du gaz à partir du charbon. Plusieurs technologies sont en piste :

(1) le lit entrainé,

(2) le lit fluidisé circulant

(3) le lit en mouvement.

La difficulté de la combustion du gaz de synthèse est liée essentiellement à son pouvoir calorifique faible, entre un quart et un dixième du pouvoir calorifique du méthane (50 MJ/

– 26 –

kg). Ceci signifie qu’il faut injecter entre 4 et 10 fois plus de gaz de synthèse que de gaz naturel. Cette technologie, à faible rendement, pourra continuer à fournir du pétrole aux avions quand nos réserves de pétrole seront totalement épuisées.

✘Les émissions des centrales à charbon. Un travail remar-quable a été effectué au cours des dernières années pour réduire, au point de presque éliminer, les rejets toxiques dans l’atmos-phère. Notons l’évolution des émissions issues des chaudières à charbon :

Evolution des émissions d’oxydes de Soufre (SOx)

1980 = 5,8g/KWh

2005 = 0,5g/KWh

2015 = 0,05 g/KWh (division par un facteur120)

Evolution des émissions d’oxydes d’Azote(NOx)

1980 = 3,1g/KWh

2005 = 0,25g/KWh

2015 = 0,05 g/KWh (division par un facteur70)

– 27 –

1-2-3-Le cycle eau-vapeur

On distingue différents états particulièrement importants :

✘La Température critique ou super critique.

La thermodynamique est une science difficile à appréhen-der, mais son principe est incontournable. En finance, les Américains disent souvent : « there is nothing such as a free lunch !», pour rappeler que dans la vie rien n’est gratuit. C’est la même chose en énergie. Pour produire de la force, il faut consommer de l’énergie et tous les inventeurs de moteurs à eau et autres mouvements perpétuels ne sont que des arnaqueurs. La thermodynamique utilise deux concepts qui lui sont spé-cifiques : l’enthalpie et l’entropie.

L’enthalpie.

L’enthalpie représente l’énergie contenue dans un fluide ther-modynamique. La transformation de l’énergie thermique en énergie mécanique ou électrique s’analyse, au plan thermique, comme la différence d’enthalpie entre l’état initial et l’état final. Je donne de l’enthalpie et je reçois de l’énergie mécanique.

L’enthalpie est donc une sorte de potentiel énergétique. Dans le cas étudié, il faut de la température pour créer de l’énergie. De plus les transformations thermodynamiques ne sont jamais totalement réversibles.

L’entropie.

L’entropie représente l’état de dégradation de l’énergie dans l’univers. Plus l’univers consomme son potentiel énergétique, plus son entropie augmente. L’entropie était minimale au moment du big bang ! Celle-ci ne fait qu’augmenter depuis.

La formation de vapeur.

La glace, l’eau et la vapeur d’eau représentent les états solide, liquide et gazeux d’un même corps : l’eau dont le symbole est H20. Le graphique de Mollier représente l’équilibre eau / vapeur en fonction de la température (iso température) et de la pression (iso bars). Les variations d’entropie sont en abscisse et l’enthalpie figure

– 28 –

sur la courbe des ordonnées à droite. Si on traverse la courbe selon le parcours en gras, on passe simplement de l’eau à la vapeur en faisant préalablement des bulles, comme dans une bouilloire. C’est ce que l’on fait tous les jours (et sans courbe de Mollier), quand on cuisine à la vapeur.

Figure 1-4 : Le graphique de MollierSource : Traité de thermodynamique

Si on se place sur la partie (1) du la courbe ci-dessus, on a de l’eau. Si on se place sur la partie (2) du même graphique on aura de la vapeur. Mais si on se place précisément au point rond, on aura de l’eau / vapeur sans que l’on puisse distinguer le passage de l’une à l’autre. En effet, à ce point, il n’y a pas de transition entre l’état eau liquide et l’état eau vapeur (et inversement). Le point rond est appelé le point critique. Il se produit à 221 bars et à 374°C.

✘Les chaudières sub critiques(ou sous critiques) tra-vaillent en dessous de l’état critique et peuvent donc séparer

– 29 –

l’eau de la vapeur. Il faut récupérer l’eau dans des ballons, et récupérer la vapeur pour l’envoyer dans la turbine.

✘Les chaudières super critiquestravaillent à des pressions supérieures à celles du point rond (point critique). On n’a plus besoin de ballons compliqués à réaliser. On pousse tout simplement de l’eau, qui à un moment donné, se transforme en vapeur que l’on peut envoyer dans la turbine à vapeur.

✘Les chaudières ultra super critiquesdistinguent plu-sieurs états selon la pression à laquelle on soumet la vapeur.

Tableau1-2Caractéristiques des chaudières super critiques Source :GE

Niveaux super critiques

NiveauA

NiveauB

NiveauC

NiveauD

Pression enbar

250

270

280

350

Température°C

540

580

600

700

Rendement

43,0%

44,5%

46,0%

49,0%

En 30 années de progrès, l’industrie est passée du niveau A au niveau C, soit une amélioration de rendement de 3,0 points ou +7,1%. Pour cela il a fallu réinventer tous les compo-sants du système. Beaucoup de travail pour peu d’avancement direz-vous. Mais 3,0 points de rendement pendant 40 ans de fonctionnement représentent des tonnes de CO2, de NOx et de SOx en moins, et aussi, des tonnes de charbon économisées. On en parle peu mais c’est pourtant important pour la planète.

La profession (les Allemands et les Chinois, qui sont de gros consommateurs de charbon) voudrait maintenant atteindre le niveau D. Il faudra pour cela faire de nouveaux investissements et passer à l’utilisation d’un alliage de nickel très couteux, pour gagner les 3,0 point de rendement supplémentaire qui sépare le 46,0% du 49,0%.

– 30 –

Les technologies de pointe envisagent des rendements de 50,0% qui pourraient constituer un futur niveau E. Par ail-leurs on peut aussi dire que dans le monde, on a l’ultra super critique que l’on peut. Les Américains qui ne sont pas encore beaucoup intéressés par le rendement, travaillent au niveau A et appellent le niveau B ultra super critique. Les Chinois et les Allemands qui sont déjà au niveau C veulent aller à leur ultra super critique à eux, qui est le niveau D. C’est donc un peu la cacophonie dans la mondialisation de la chaudière !

1-2-4-Le rendement des centrales à charbon

Le rendement d’une centrale à charbon va donc dépendre à la fois :

(1) de la technologie de la chaudière utilisée.

(2) du type de charbon utilisé.

Figure1-5Les émissions des centrales à charbonSource :GE

– 31 –

Le graphique ci-dessus indique le rendement et les émis-sions de CO2 pour différentes types de combustibles : le gaz (combustible fossile le plus propre), le charbon et le lignite (combustible fossile le plus sale en termes de CO2). Les émis-sions de CO2 sont indiquées aussi en fonction du rendement

Le charbon va donc émettre de 600 à 1100 grammes de CO2 par kilo Watt heure (g/kWh) produit, selon sa qualité et la chaudière utilisée.

Le lignite (un charbon pauvre très utilisé en Allemagne) va émettre de 800 à 1400 g/ KWh selon le rendement. On comprend pourquoi les Allemands sont les plus intéressés par le rendement des chaudières à charbon. Notons que les Français et leur nucléaire n’émettent en moyenne que 30 à 66 g/kWh ! Ce qui n’empêche pas certains Gaulois de critiquer notre nucléaire national.

On notera aussi que l’amélioration du rendement de 30% à 45% peut faire économiser 35% du CO2 émis. Ce serait une première étape, en attendant la technologie CSC (de Captage et de Stockage duCO2).

1-3-LA TURBINE AGAZ

1-3-1-Introduction aux turbines à gaz

La turbine à gaz est alimentée par du gaz naturel. Elle fonc-tionne comme un réacteur d’avion. Le gaz est brûlé dans une chambre de combustion, dont le fonctionnement constitue le véritable secret de l’efficacité de la turbine à gaz. Le compresseur permet d’injecter une grande quantité d’air comprimé dans la chambre de combustion. Les gaz explosent, se détendent et sont expulsés de la chambre de combustion. Ils entraînent

– 32 –

une turbine, avec une puissance qui constitue la puissance nominale de la turbine.

Figure 1-7 : Le principe d’une turbine àgazSource :GE

En régime établi, les deux tiers de la puissance générée par l’étage turbine proprement dite de la turbine à gaz sont destinés à l’alimentation de l’étage compresseur de cette même turbine, et le tiers restant est disponible pour produire de l’électricité. Au démarrage, il faut donc disposer d’une énergie indépen-dante pour pouvoir démarrer la turbine, comme un réacteur d’avion est lancé par un moteur auxiliaire.

La turbine à gaz peut travailler en solo mais, dans ce cas, le rendement est médiocre puisqu’on perd le pouvoir énergé-tique des gaz d’échappement de la turbine à gaz qui sortent à environ 600° C. Il y a mieux à faire avec eux que de les rejeter dans l’atmosphère.

1-3-2-Les avantages stratégiques de la turbine à gaz à combustion séquentielle

Ce type de turbine à gaz possède des caractéristiques uniques et très ambitieuses. Il s’agit de la seule turbine à gaz au monde,

– 33 –

pour la production d’énergie, qui soit « à double chambre de combustion ».

Figure 1-8 : Turbine à vapeur à combustion séquentielleSource :GE

La première combustion transmet son énergie à la turbine mais l’air qui est évacué conserve encore un bon potentiel d’oxygène. Il peut donc alimenter une seconde combustion. Cette technologie originale permet de travailler avec des tem-pératures de combustion très inférieures à celles des machines à chambre unique.

Mais si la double combustion permet des températures de fonctionnement plus faibles, elle exige par contre une longueur de machine plus importante, ce qui suppose des rotors plus longs. Les sociétés qui assemblent leurs rotors par friction ne peuvent pas réaliser des rotors aussi longs. Ils ne peuvent donc pas réaliser des turbines à gaz à double chambre de combus-tion. GE qui maîtrise la technologie des rotors soudés (usine de Birr en Suisse) peut réaliser de longs rotors et donc créer la longueur nécessaire pour y loger les deux chambres de com-bustion séquentielles.

– 34 –

La double combustion apporte ainsi des rendements de 58% pour des températures inférieures à celles des machines de la concurrence. Elle autorise maintenant des durées de vie des pièces très supérieures du fait de ses relativement faibles tem-pératures de fonctionnement. Par ailleurs cette turbine émet moins de NOx (ces émissions d’oxydes d’azote qui irritent les muqueuses, dès que leur teneur dépasse un certain pourcen-tage) que les turbines concurrentes. Ainsi le Client peut-il faire tourner ses turbines à gaz sur une plage de charge plus large que les autres technologies, tout en restant dans les limites des NOx autorisés (25 ppm). Il serait dommage de ne pas profiter de tous ces avantages.

1-4- LA TURBINE A VAPEUR

1-4-1-Données générale sur les turbines à vapeur

La turbine à vapeur est une technologie ancienne qui a été extraordinairement modernisée au cours des dernières années.

La vapeur, générée dans la chaudière, se détend et se refroi-dit dans la turbine en fournissant de l’énergie mécanique. Elle délivre son enthalpie. À chaque étage, la vapeur sous pression prend appui sur des aubes fixes et entraîne une rangée d’aubes mobiles qui vont porter la puissance à délivrer.

– 35 –

Figure 1-9a Aubes fixes et aubes mobilesSourcesGE

Figure 1-9b Rotor completSourceGE

On détend la vapeur pour créer le débit et on paie cette détente en perdant progressivement de la pression et de la température. La baisse de pression-température est exploitée étage par étage pour l’utiliser jusqu’aux conditions ambiantes.

– 36 –

Figure 1-10 : Les 3 étages classiques d’une turbine à vapeur :Haute, Moyenne et Basse Pression  / Source :GE

Tableau1-3Caractéristiques des étapes de détente de la vapeur d’eau / Source :GE

Étapes de détente

Étage Haute Pression

Étage Pression Intermédiaire

Étage Basse PressionN°1

Étage Basse PressionN°2

Température(°C)

600

600

240

21

Pression(Bar)

275

60

5

0,025

Débit m3/sec

10

45

300

20000

La puissance de la turbine à vapeur peut être considérable : de moins de 100 MW, à plus de 1650 MW. La turbine à vapeur est l’engin qui peut délivrer le plus de puissance mécanique de toutes les technologies disponibles.

1-4-2-Technologies des turbines à vapeur

La turbine à vapeur constitue la machine de grande puis-sance (jusqu’à 1650 MW), d’où l’importance de l’expertise

– 37 –

turbine à vapeur. GE dispose des deux technologies de turbines à vapeur :

(1) la technologie dite à réaction,

(2) la technologie dite à action ou impulse (surtout pour les applications nucléaires).

Ces technologies impulse ou à réaction de grosses turbines à vapeur couvrent un parc de plus de 500 GW dans les filières : nucléaire, combustible fossile, cycles combinés et cogénération. Ce know how exhaustif, tant au plan de la conception, de la fabrication, de la maintenance que de la remise à neuf, permet de proposer des solutions à toutes les flottes de centrales dans le monde.

Figure1-11Les deux technologies de base