Centrale électrique

Une centrale électrique , également appelée centrale électrique et parfois centrale électrique ou centrale , est une installation industrielle de production d ‘ énergie électrique . Les centrales électriques sont généralement connectées à un réseau électrique .

La centrale électrique d’Athlone à Cape Town , Afrique du Sud Centrale hydroélectrique du Barrage de Gabčíkovo , Slovaquie Centrale hydroélectrique au barrage de Glen Canyon , Page, Arizona

De nombreuses centrales électriques contiennent un ou plusieurs générateurs , une machine tournante qui convertit l’énergie mécanique en énergie électrique triphasée . Le mouvement relatif entre un champ magnétique et un conducteur crée un courant électrique .

La source d’énergie exploitée pour faire tourner le générateur varie considérablement. La plupart des centrales électriques dans le monde brûlent des combustibles fossiles tels que le charbon , le pétrole et le gaz naturel pour produire de l’électricité. Les sources d’ énergie à faible émission de carbone comprennent l’énergie nucléaire et une utilisation croissante des énergies renouvelables telles que l’énergie solaire , éolienne , géothermique et hydroélectrique .

Histoire

Au début de 1871, l’inventeur belge Zénobe Gramme a inventé un générateur suffisamment puissant pour produire de l’électricité à une échelle commerciale pour l’industrie. ^[1]

En 1878, une centrale hydroélectrique a été conçue et construite par William, Lord Armstrong à Cragside , en Angleterre . Il utilisait l’eau des lacs de son domaine pour alimenter les dynamos Siemens . L’électricité alimentait l’éclairage, le chauffage, produisait de l’eau chaude, faisait fonctionner un ascenseur ainsi que des dispositifs d’économie de main-d’œuvre et des bâtiments agricoles. ^[2]

En janvier 1882, la première Centrale électrique au charbon publique au monde , l’ Edison Electric Light Station , est construite à Londres, un projet de Thomas Edison organisé par Edward Johnson . Une chaudière Babcock & Wilcox alimentait une machine à vapeur de 93 kW (125 chevaux) qui entraînait un générateur de 27 tonnes (27 tonnes de long). Celle-ci alimentait en électricité les locaux de la zone accessibles par les caniveaux du viaduc sans creuser la route, qui était le monopole des compagnies gazières. Les clients comprenaient le City Temple et le Old Bailey . Un autre client important était le bureau télégraphique de la poste générale, mais cela ne pouvait pas être atteint par les ponceaux. Johnson s’est arrangé pour que le câble d’alimentation passe au-dessus de la tête, via Holborn Tavern et Newgate . ^[3]

En septembre 1882 à New York, la station Pearl Street a été créée par Edison pour fournir un éclairage électrique dans la partie inférieure de l’île de Manhattan. La station a fonctionné jusqu’à ce qu’elle soit détruite par un incendie en 1890. La station utilisait des moteurs à vapeur alternatifs pour faire tourner des générateurs à courant continu. En raison de la distribution CC, la zone de service était petite, limitée par la chute de tension dans les départs. En 1886 , George Westinghouse a commencé à construire un système à courant alternatif qui utilisait un transformateur pour augmenter la tension pour la transmission longue distance, puis l’a réduite pour l’éclairage intérieur, un système plus efficace et moins coûteux qui est similaire aux systèmes modernes. La guerre des courantsfinalement résolu en faveur de la distribution et de l’utilisation du courant alternatif, bien que certains systèmes à courant continu aient persisté jusqu’à la fin du 20e siècle. Les systèmes à courant continu avec un rayon de service d’environ un mile (kilomètre) étaient nécessairement plus petits, moins efficaces en termes de consommation de carburant et plus gourmands en main-d’œuvre à exploiter que les centrales électriques à courant alternatif beaucoup plus grandes.

Dynamos et moteur installés à Edison General Electric Company, New York 1895

Les systèmes à courant alternatif utilisaient une large gamme de fréquences en fonction du type de charge; une charge d’éclairage utilisant des fréquences plus élevées, et des systèmes de traction et des systèmes de charge de moteur lourds préférant des fréquences plus basses. L’économie de la génération de la station centrale s’est considérablement améliorée lorsque des systèmes d’éclairage et d’alimentation unifiés, fonctionnant à une fréquence commune, ont été développés. La même centrale électrique qui alimentait de grandes charges industrielles pendant la journée pourrait alimenter les systèmes ferroviaires de banlieue pendant les heures de pointe, puis desservir la charge d’éclairage le soir, améliorant ainsi le facteur de charge du système et réduisant le coût global de l’énergie électrique. De nombreuses exceptions existaient, les centrales étaient dédiées à l’électricité ou à la lumière par le choix de la fréquence, et les changeurs de fréquence rotatifset les convertisseurs rotatifs étaient particulièrement courants pour alimenter les systèmes ferroviaires électriques à partir du réseau général d’éclairage et d’alimentation.

Au cours des premières décennies du 20e siècle, les centrales sont devenues plus grandes, utilisant des pressions de vapeur plus élevées pour fournir une plus grande efficacité et s’appuyant sur les interconnexions de plusieurs centrales pour améliorer la fiabilité et les coûts. La transmission en courant alternatif à haute tension a permis de déplacer facilement l’ Énergie hydroélectrique des chutes d’eau éloignées vers les marchés de la ville. L’avènement de la turbine à vapeur au service de la gare centrale, vers 1906, a permis une grande expansion de la capacité de production. Les générateurs n’étaient plus limités par la transmission de puissance des courroies ou la vitesse relativement lente des moteurs alternatifs, et pouvaient atteindre des tailles énormes. Par exemple, Sebastian Ziani de Ferrantiprévu ce qui aurait jamais construit une machine à vapeur alternative pour une nouvelle gare centrale proposée, mais a abandonné les plans lorsque les turbines sont devenues disponibles dans la taille nécessaire. La construction de systèmes électriques à partir de stations centrales nécessitait une combinaison de compétences en ingénierie et de perspicacité financière dans une égale mesure. Les pionniers de la génération de stations centrales incluent George Westinghouse et Samuel Insull aux États-Unis, Ferranti et Charles Hesterman Merz au Royaume-Uni, et bien d’autres. ^{[ citation nécessaire ]}

Production mondiale d’électricité en 2019 par source (la production totale était de 27 PWh ) ^{[4] [5]}

Charbon (37%) Gaz naturel (24 %) Hydroélectricité (16%) Nucléaire (10%) Vent (5%) Solaire (3%) Autre (5 %)

Centrales thermiques

Rotor d’une turbine à vapeur moderne, utilisé dans une centrale électrique

Dans les centrales thermiques, la puissance mécanique est produite par un moteur thermique qui transforme l’énergie thermique , souvent issue de la combustion d’un combustible , en énergie de rotation. La plupart des centrales thermiques produisent de la vapeur, elles sont donc parfois appelées centrales à vapeur. Toute l’énergie thermique ne peut pas être transformée en puissance mécanique, selon la deuxième loi de la thermodynamique ; par conséquent, il y a toujours de la chaleur perdue dans l’environnement. Si cette perte est utilisée comme chaleur utile, pour les processus industriels ou le chauffage urbain , la centrale électrique est qualifiée de cogénération .centrale électrique ou centrale de cogénération (chaleur et électricité). Dans les pays où le chauffage urbain est courant, il existe des centrales thermiques dédiées appelées chaudières à chaleur seule . Une classe importante de centrales électriques au Moyen-Orient utilise la chaleur des sous-produits pour le dessalement de l’eau.

L’efficacité d’un cycle de puissance thermique est limitée par la température maximale du fluide de travail produit. L’efficacité n’est pas directement fonction du carburant utilisé. Pour les mêmes conditions de vapeur, les centrales au charbon, au nucléaire et au gaz ont toutes le même rendement théorique. Dans l’ensemble, si un système est allumé en permanence (charge de base), il sera plus efficace qu’un système utilisé par intermittence (charge de pointe). Les turbines à vapeur fonctionnent généralement à un rendement plus élevé lorsqu’elles fonctionnent à pleine capacité.

Outre l’utilisation de la chaleur rejetée pour le chauffage industriel ou urbain, une façon d’améliorer l’efficacité globale d’une centrale électrique consiste à combiner deux cycles thermodynamiques différents dans une centrale à Cycle combiné . Le plus souvent, les gaz d’échappement d’une turbine à gaz sont utilisés pour générer de la vapeur pour une chaudière et une turbine à vapeur. La combinaison d’un cycle “supérieur” et d’un cycle “inférieur” produit une efficacité globale supérieure à celle que l’un ou l’autre cycle peut atteindre seul.

En 2018, Inter RAO UES et State Grid prévoyaient de construire une centrale thermique de 8 GW, ^[6] qui est le plus grand projet de construction de Centrale électrique au charbon en Russie . ^[7]

Classification

Vue d’ensemble du bloc modulaire d’une centrale électrique. Les lignes pointillées montrent des ajouts spéciaux comme le Cycle combiné et la cogénération ou le stockage en option. St. Clair Power Plant , une grande Centrale électrique au charbon dans le Michigan , États-Unis Centrale nucléaire d’Ikata , Japon Une grande centrale électrique au gaz et au charbon à Martinlaakso , Vantaa , Finlande Centrale géothermique de Nesjavellir , Islande Par source de chaleur

Les centrales électriques à combustible fossile peuvent également utiliser un générateur à turbine à vapeur ou, dans le cas des centrales électriques au gaz naturel, peuvent utiliser une turbine à combustion . Une Centrale électrique au charbon produit de la chaleur en brûlant du charbon dans une chaudière à vapeur. La vapeur entraîne une turbine à vapeur et un générateur qui produisent ensuite de l’électricité . Les déchets de combustion comprennent les cendres, le dioxyde de soufre , les Oxydes d’azote et le dioxyde de carbone . Certains des gaz peuvent être éliminés du flux de déchets pour réduire la pollution.
Les centrales nucléaires ^[8] utilisent la chaleur générée dans le cœur d’un réacteur nucléaire (par le processus de fission ) pour créer de la vapeur qui fait ensuite fonctionner une turbine à vapeur et un générateur. Environ 20 % de la production d’électricité aux États-Unis est produite par des centrales nucléaires.
Les centrales géothermiques utilisent de la vapeur extraite de roches souterraines chaudes. Ces roches sont chauffées par la désintégration de matières radioactives dans le noyau terrestre. ^[9]
Les centrales électriques alimentées à la biomasse peuvent être alimentées par des déchets de canne à sucre , des déchets solides municipaux , du méthane de décharge ou d’autres formes de biomasse .
Dans les aciéries intégrées , les gaz d’échappement des hauts fourneaux sont un combustible peu coûteux, bien qu’à faible densité énergétique.
La chaleur résiduelle des processus industriels est parfois suffisamment concentrée pour être utilisée pour la production d’électricité, généralement dans une chaudière à vapeur et une turbine.
Les centrales solaires thermiques utilisent la lumière du soleil pour faire bouillir l’eau et produire de la vapeur qui fait tourner le générateur.

Par moteur principal

Les centrales à turbine à vapeur utilisent la pression dynamique générée par l’expansion de la vapeur pour faire tourner les pales d’une turbine. Presque toutes les grandes centrales non hydroélectriques utilisent ce système. Environ 90 % de toute l’énergie électrique produite dans le monde provient de l’utilisation de turbines à vapeur. ^[dix]
Les centrales à turbine à gaz utilisent la pression dynamique des gaz en circulation (air et produits de combustion) pour faire fonctionner directement la turbine. Les turbines à combustion alimentées au gaz naturel (et au mazout) peuvent démarrer rapidement et sont donc utilisées pour fournir de l’énergie «de pointe» pendant les périodes de forte demande, bien qu’à un coût plus élevé que les centrales à charge de base. Il peut s’agir d’unités relativement petites, et parfois complètement sans équipage, télécommandées. Ce type a été lancé par le Royaume-Uni, Princetown ^[11] étant le premier au monde, mis en service en 1959.
Les centrales à Cycle combiné ont à la fois une turbine à gaz alimentée au gaz naturel, ainsi qu’une chaudière à vapeur et une turbine à vapeur qui utilisent les gaz d’échappement chauds de la turbine à gaz pour produire de l’électricité. Cela augmente considérablement l’efficacité globale de la centrale, et de nombreuses nouvelles centrales électriques de base sont des centrales à Cycle combiné alimentées au gaz naturel.
Les moteurs alternatifs à combustion interne sont utilisés pour fournir de l’énergie aux communautés isolées et sont fréquemment utilisés pour les petites centrales de cogénération. Les hôpitaux, les immeubles de bureaux, les usines et autres installations critiques les utilisent également pour fournir une alimentation de secours en cas de panne de courant. Ceux-ci sont généralement alimentés au diesel, au pétrole lourd, au gaz naturel et au gaz de décharge .
Les microturbines , les moteurs Stirling et les moteurs alternatifs à combustion interne sont des solutions peu coûteuses pour utiliser des carburants d’opportunité, tels que les gaz de décharge , les gaz de digestion des usines de traitement des eaux et les gaz résiduaires de la production de pétrole. ^{[ citation nécessaire ]}

Par devoir

Les centrales électriques qui peuvent être envoyées (programmées) pour fournir de l’énergie à un système comprennent :

Les centrales électriques à charge de base fonctionnent presque continuellement pour fournir cette composante de la charge du système qui ne varie pas au cours d’une journée ou d’une semaine. Les centrales de charge de base peuvent être hautement optimisées pour un faible coût du combustible, mais peuvent ne pas démarrer ou s’arrêter rapidement lors des changements de charge du système. Des exemples de centrales de base comprennent les grandes centrales électriques au charbon et nucléaires modernes, ou les centrales hydroélectriques avec un approvisionnement prévisible en eau.
Les centrales électriques de pointe répondent à la charge de pointe quotidienne, qui peut ne durer qu’une ou deux heures par jour. Bien que leur coût d’exploitation incrémental soit toujours supérieur à celui des centrales de charge de base, elles sont nécessaires pour assurer la sécurité du système lors des pics de charge. Les centrales de pointe comprennent des turbines à gaz à cycle simple et des moteurs à combustion interne alternatifs, qui peuvent être démarrés rapidement lorsque des pics de système sont prévus. Les centrales hydroélectriques peuvent également être conçues pour une utilisation de pointe.
Les centrales de suivi de charge peuvent suivre économiquement les variations de la charge quotidienne et hebdomadaire, à moindre coût que les centrales de pointe et avec plus de flexibilité que les centrales de base.

Les installations non distribuables comprennent des sources telles que l’énergie éolienne et solaire; alors que leur contribution à long terme à l’approvisionnement énergétique du système est prévisible, à court terme (quotidiennement ou horairement), leur énergie doit être utilisée telle qu’elle est disponible puisque la production ne peut pas être différée. Les accords contractuels (“prendre ou payer”) avec des producteurs d’électricité indépendants ou des interconnexions de systèmes avec d’autres réseaux peuvent être effectivement non distribuables. ^{[ citation nécessaire ]}

Tours de refroidissement

Tours de refroidissement montrant l’évaporation de l’eau à Ratcliffe-on-Soar Power Station , Royaume-Uni Tour de refroidissement humide à tirage naturel ” camouflée ”

Toutes les centrales thermiques produisent de l’énergie thermique résiduelle en tant que sous-produit de l’énergie électrique utile produite. La quantité d’ énergie thermique perdue est égale ou supérieure à la quantité d’ énergie convertie en électricité utile ^{[ clarification nécessaire ]} . Les centrales électriques au gaz peuvent atteindre jusqu’à 65 % d’efficacité de conversion, tandis que les centrales au charbon et au pétrole atteignent environ 30 à 49 %. La chaleur résiduelle produit une élévation de température dans l’atmosphère, qui est faible par rapport à celle produite par les émissions de gaz à effet de serre de la même centrale électrique. Les tours de refroidissement par voie humide à tirage naturel de nombreuses centrales nucléaires et de grandes centrales électriques à combustible fossile utilisent une grande cheminée hyperboloïde -comme des structures (comme on le voit sur l’image à droite) qui libèrent la chaleur perdue dans l’atmosphère ambiante par l’ évaporation de l’eau.

Cependant, les tours de refroidissement humides mécaniques à tirage induit ou à tirage forcé de nombreuses grandes centrales thermiques, centrales nucléaires, centrales à combustible fossile, raffineries de pétrole , usines pétrochimiques , centrales géothermiques , de biomasse et de valorisation énergétique des déchets utilisent des ventilateurs pour fournissent un mouvement d’air vers le haut à travers l’eau descendante et ne sont pas des structures hyperboloïdes en forme de cheminée. Les tours de refroidissement à tirage induit ou forcé sont généralement des structures rectangulaires en forme de boîte remplies d’un matériau qui améliore le mélange de l’air ascendant et de l’eau descendante. ^{[12] [13]}

Dans les zones où l’utilisation d’eau est restreinte, une tour de refroidissement sèche ou des radiateurs refroidis directement par air peuvent être nécessaires, car le coût ou les conséquences environnementales de l’obtention d’eau d’appoint pour le refroidissement par évaporation seraient prohibitifs. Ces refroidisseurs ont une efficacité inférieure et une consommation d’énergie plus élevée pour entraîner les ventilateurs, par rapport à une tour de refroidissement par évaporation humide typique. ^{[ citation nécessaire ]}

Condenseur refroidi par air (ACC)

Les centrales électriques peuvent utiliser un condenseur refroidi par air, traditionnellement dans les zones où l’approvisionnement en eau est limité ou coûteux. Les condenseurs refroidis par air remplissent la même fonction qu’une tour de refroidissement (dissipation de la chaleur) sans utiliser d’eau. Ils consomment de l’énergie auxiliaire supplémentaire et peuvent donc avoir une empreinte carbone plus élevée par rapport à une tour de refroidissement traditionnelle. ^{[ citation nécessaire ]}

Systèmes de Refroidissement à passage unique

Les compagnies d’électricité préfèrent souvent utiliser l’eau de refroidissement de l’océan ou d’un lac, d’une rivière ou d’un étang de refroidissement au lieu d’une tour de refroidissement. Ce système de Refroidissement à passage unique ou à passage unique permet d’économiser le coût d’une tour de refroidissement et peut avoir des coûts énergétiques inférieurs pour le pompage de l’eau de refroidissement à travers les échangeurs de chaleur de l’usine . Cependant, la chaleur résiduelle peut provoquer une pollution thermique lorsque l’eau est rejetée. Les centrales électriques utilisant des masses d’eau naturelles pour le refroidissement sont conçues avec des mécanismes tels que des écrans à poissons , pour limiter l’absorption d’organismes dans les machines de refroidissement. Ces écrans ne sont que partiellement efficaces et, par conséquent, des milliards de poissons et d’autres organismes aquatiques sont tués chaque année par les centrales électriques. ^{[14] [15]}Par exemple, le système de refroidissement de l’ Indian Point Energy Center à New York tue plus d’un milliard d’œufs et de larves de poisson chaque année. ^[16] Consultants de centrale électrique en Inde Un impact environnemental supplémentaire est que les organismes aquatiques qui s’adaptent à l’eau de décharge plus chaude peuvent être blessés si la centrale s’arrête par temps froid ^{[ la citation nécessaire ]} .

La consommation d’eau des centrales électriques est un enjeu en développement. ^[17]

Ces dernières années, les eaux usées recyclées, ou eaux grises , ont été utilisées dans les tours de refroidissement. Les centrales électriques de Calpine Riverside et Calpine Fox dans le Wisconsin ainsi que la centrale électrique de Calpine Mankato dans le Minnesota font partie de ces installations. ^{[ citation nécessaire ]}

Électricité à partir d’énergies renouvelables

Les centrales électriques peuvent produire de l’énergie électrique à partir de sources d’énergie renouvelables.

Centrale hydroélectrique

Barrage des Trois Gorges , Hubei , Chine

Dans une centrale hydroélectrique, l’eau circule dans des turbines utilisant l’ hydroélectricité pour produire de l’ hydroélectricité . L’énergie est captée à partir de la force gravitationnelle de l’eau tombant à travers les Conduites forcées jusqu’aux turbines à eau connectées aux générateurs . La quantité de puissance disponible est une combinaison de la hauteur et du débit. Une large gamme de barrages peut être construite pour élever le niveau de l’eau et créer un lac pour stocker l’eau . L’hydroélectricité est produite dans 150 pays, la région Asie-Pacifique générant 32 % de l’hydroélectricité mondiale en 2010. Chineest le plus grand producteur d’hydroélectricité, avec 721 térawattheures de production en 2010, ce qui représente environ 17 % de la consommation nationale d’électricité. ^{[ citation nécessaire ]}

Solaire

Centrale solaire de Nellis au Nevada , États-Unis

L’énergie solaire peut être transformée en électricité soit directement dans des cellules solaires , soit dans une centrale solaire à concentration en focalisant la lumière pour faire fonctionner un moteur thermique. ^[18]

Une centrale solaire photovoltaïque convertit la lumière du soleil en électricité à courant continu en utilisant l’ effet photoélectrique . Les onduleurs transforment le courant continu en courant alternatif pour le raccordement au réseau électrique. Ce type d’installation n’utilise pas de machines tournantes pour la conversion d’énergie. ^[19]

Les centrales solaires thermiques utilisent soit des auges paraboliques, soit des héliostats pour diriger la lumière du soleil sur un tuyau contenant un fluide caloporteur, tel que du pétrole. L’huile chauffée est ensuite utilisée pour faire bouillir l’eau en vapeur, qui fait tourner une turbine qui entraîne un générateur électrique. Le type de centrale solaire thermique à tour centrale utilise des centaines ou des milliers de miroirs, selon la taille, pour diriger la lumière du soleil sur un récepteur au sommet d’une tour. La chaleur est utilisée pour produire de la vapeur pour faire tourner des turbines qui entraînent des générateurs électriques. ^{[ citation nécessaire ]}

Learn more.

SantralIstanbul

Jul 5, 2022

Liste des centrales électriques au charbon actives en Turquie

Jun 15, 2022

Vent

Éoliennes au Texas , États-Unis

Les éoliennes peuvent être utilisées pour produire de l’électricité dans des zones où les vents sont forts et réguliers, parfois au large . De nombreuses conceptions différentes ont été utilisées dans le passé, mais presque toutes les turbines modernes produites aujourd’hui utilisent une conception à trois pales au vent. ^[20] Les éoliennes connectées au réseau actuellement en construction sont beaucoup plus grandes que les unités installées dans les années 1970. Ils produisent ainsi de l’électricité de manière moins chère et plus fiable que les modèles précédents. ^[21] Avec des turbines plus grandes (de l’ordre d’un mégawatt), les pales se déplacent plus lentement que les unités plus anciennes et plus petites, ce qui les rend moins gênantes visuellement et plus sûres pour les oiseaux. ^[22]

Marin

L’énergie marine ou l’énergie marine (également parfois appelée énergie des océans ou énergie des océans ) fait référence à l’énergie transportée par les vagues océaniques , les marées , la salinité et les différences de température des océans . Le mouvement de l’eau dans les océans du monde crée une vaste réserve d’ énergie cinétique ou d’énergie en mouvement. Cette énergie peut être exploitée pour produire de l’électricité pour alimenter les maisons, les transports et les industries.

Le terme énergie marine englobe à la fois l’énergie des vagues – l’énergie des vagues de surface et l’ énergie marémotrice – obtenue à partir de l’énergie cinétique de grandes masses d’eau en mouvement. L’énergie éolienne en mer n’est pas une forme d’énergie marine, car l’énergie éolienne est dérivée du vent , même si les éoliennes sont placées au-dessus de l’eau.

Les océans ont une énorme quantité d’énergie et sont proches de nombreuses populations, sinon de la plupart des populations concentrées. L’énergie des océans a le potentiel de fournir une quantité substantielle de nouvelles énergies renouvelables dans le monde entier. ^[23]

Osmose

Prototype de puissance osmotique à Tofte (Hurum), Norvège

L’énergie du gradient de salinité est appelée osmose retardée par la pression. Dans cette méthode, l’eau de mer est pompée dans une chambre sous pression qui est à une pression inférieure à la différence entre les pressions de l’eau salée et de l’eau douce. L’eau douce est également pompée dans la chambre de pression à travers une membrane, ce qui augmente à la fois le volume et la pression de la chambre. Au fur et à mesure que les différences de pression sont compensées, une turbine tourne en créant de l’énergie. Cette méthode est spécifiquement étudiée par le service public norvégien Statkraft, qui a calculé que jusqu’à 25 TWh/an seraient disponibles à partir de ce procédé en Norvège. Statkraft a construit le premier prototype de centrale électrique osmotique au monde sur le fjord d’Oslo qui a été inauguré le 24 novembre 2009. En janvier 2014, cependant, Statkraft a annoncé de ne pas poursuivre ce projet pilote. ^[24]

Biomasse

Centrale biomasse de Metz

L’énergie de la biomasse peut être produite à partir de la combustion de déchets verts pour chauffer l’eau en vapeur et entraîner une turbine à vapeur. La bioénergie peut également être traitée à travers une gamme de températures et de pressions dans des réactions de gazéification , de pyrolyse ou de torréfaction . Selon le produit final souhaité, ces réactions créent des produits plus denses en énergie ( gaz de synthèse , granulés de bois , biocharbon ) qui peuvent ensuite être introduits dans un moteur d’accompagnement pour produire de l’électricité à un taux d’émission beaucoup plus faible par rapport à la combustion à l’air libre. ^{[ citation nécessaire ]}

Centrales de stockage

Il est possible de stocker de l’énergie et de produire de l’énergie électrique ultérieurement, comme dans l’hydroélectricité à accumulation par pompage , le stockage d’énergie thermique, le stockage d’ énergie par volant d’inertie , la centrale électrique à accumulation par batterie , etc.

Accumulation par pompage

Plus grande forme de stockage d’électricité excédentaire au monde, le pompage-turbinage est une centrale hydroélectrique réversible. Ils sont un consommateur net d’énergie, mais ils stockent n’importe quelle source d’électricité, lissant efficacement les pics et les creux de l’offre et de la demande d’électricité. Les centrales à accumulation par pompage utilisent généralement de l’électricité “de réserve” pendant les périodes creuses pour pomper l’eau d’un réservoir inférieur vers un réservoir supérieur. Comme le pompage a lieu « hors pointe », l’électricité a moins de valeur qu’aux heures de pointe. Cette électricité “de réserve” moins précieuse provient de l’énergie éolienne incontrôlée et de la charge de baseles centrales électriques telles que le charbon, le nucléaire et la géothermie, qui produisent encore de l’électricité la nuit même si la demande est très faible. Pendant la demande de pointe diurne, lorsque les prix de l’électricité sont élevés, le stockage est utilisé pour la puissance de pointe , où l’eau du réservoir supérieur est autorisée à retourner dans un réservoir inférieur via une turbine et un générateur. Contrairement aux centrales à charbon, dont le démarrage à froid peut prendre plus de 12 heures, un générateur hydroélectrique peut être mis en service en quelques minutes, idéal pour répondre à une demande de pointe. Deux importants systèmes de stockage par pompage se trouvent en Afrique du Sud, Palmiet Pumped Storage Scheme et un autre dans le Drakensberg, Ingula Pumped Storage Scheme .

Puissance de sortie typique

La puissance générée par une centrale électrique est mesurée en multiples du watt , généralement en mégawatts (10 ⁶ watts) ou en gigawatts (10 ⁹ watts). Les centrales électriques varient considérablement en capacité en fonction du type de centrale et de facteurs historiques, géographiques et économiques. Les exemples suivants donnent une idée de l’échelle.

Bon nombre des plus grands parcs éoliens terrestres opérationnels sont situés en Chine. En 2022, le parc éolien de Roscoe est le plus grand parc éolien terrestre au monde, produisant 8 000 MW d’électricité, suivi de Zhang Jiakou (3 000 MW). En janvier 2022, le parc éolien Hornsea au Royaume-Uni est le plus grand parc éolien offshore au monde avec 1218 MW , suivi de Walney Wind Farm au Royaume-Uni avec 1026 MW .

À partir de 2022 ^{[mettre à jour]}, les plus grandes centrales photovoltaïques (PV) au monde sont dirigées par le parc solaire de Bhadla en Inde, évalué à 2245 MW .

Les centrales solaires thermiques aux États-Unis ont la puissance suivante :

L’installation d’énergie solaire d’Ivanpah est la plus grande du pays avec une production de 392 MW La centrale nucléaire de Koeberg , Afrique du Sud

Les grandes centrales au charbon, nucléaires et hydroélectriques peuvent générer des centaines de mégawatts à plusieurs gigawatts. Quelques exemples:

La centrale nucléaire de Koeberg en Afrique du Sud a une capacité nominale de 1860 mégawatts. La Centrale électrique au charbon de Ratcliffe-on-Soar au Royaume-Uni a une capacité nominale de 2 gigawatts. La centrale hydroélectrique du barrage d’Assouan en Égypte a une capacité de 2,1 gigawatts. La centrale hydroélectrique du barrage des Trois Gorges en Chine a une capacité de 22,5 gigawatts.

Les centrales électriques à turbine à gaz peuvent générer des dizaines à des centaines de mégawatts. Quelques exemples:

La turbine à gaz à cycle simple ou à cycle ouvert (OCGT) d’ Indian Queens , centrale électrique de pointe à Cornwall au Royaume-Uni, avec une seule turbine à gaz, est évaluée à 140 mégawatts. La Medway Power Station , une centrale électrique à turbine à gaz à Cycle combiné (CCGT) dans le Kent, au Royaume-Uni, avec deux turbines à gaz et une turbine à vapeur, a une puissance nominale de 700 mégawatts. ^[25]

La capacité nominale d’une centrale électrique est presque la puissance électrique maximale que la centrale électrique peut produire. Certaines centrales électriques fonctionnent presque exactement à leur capacité nominale tout le temps, en tant que centrale électrique à charge de base sans suivi de charge , sauf lors de maintenances programmées ou non programmées.

Cependant, de nombreuses centrales électriques produisent généralement beaucoup moins d’énergie que leur capacité nominale.

Dans certains cas, une centrale électrique produit beaucoup moins d’électricité que sa capacité nominale parce qu’elle utilise une source d’énergie intermittente . Les opérateurs essaient de tirer le maximum de puissance disponible de ces centrales, car leur coût marginal est pratiquement nul, mais la puissance disponible varie considérablement – en particulier, elle peut être nulle lors de fortes tempêtes nocturnes.

Dans certains cas, les opérateurs produisent délibérément moins d’électricité pour des raisons économiques. Le coût du carburant pour faire fonctionner une charge après la centrale électrique peut être relativement élevé, et le coût du carburant pour faire fonctionner une centrale électrique de pointe est encore plus élevé – ils ont des coûts marginaux relativement élevés. Les opérateurs maintiennent les centrales électriques à l’arrêt («réserve opérationnelle») ou fonctionnent à une consommation de carburant minimale ^{[ citation nécessaire ]} («réserve tournante») la plupart du temps. Les opérateurs alimentent plus de carburant dans les centrales électriques qui suivent la charge uniquement lorsque la demande dépasse ce que les centrales à faible coût (c. les centrales électriques suivantes peuvent suivre.

Mesure de sortie

Toute l’électricité produite par une centrale n’est pas nécessairement livrée dans un système de distribution. Les centrales électriques utilisent généralement également une partie de l’énergie elles-mêmes, auquel cas la production est classée en production brute et en production nette .

La production brute ou la production électrique brute est la quantité totale d’électricité produite par une centrale électrique sur une période de temps spécifique. ^[26] Elle est mesurée au terminal de production et se mesure en kilowattheures (kW·h), mégawattheures (MW·h), ^[27] gigawattheures (GW·h) ou pour les plus grandes centrales térawatt -heures (TW·h). Il comprend l’électricité utilisée dans les auxiliaires de la centrale et dans les transformateurs. ^[28]

Production brute = production nette + utilisation au sein de l’usine (également connue sous le nom de charges internes)

La production nette est la quantité d’ électricité produite par une centrale électrique qui est transmise et distribuée à l’usage des consommateurs. La production nette est inférieure à la production d’électricité brute totale car une partie de l’électricité produite est consommée dans la centrale elle-même pour alimenter des équipements auxiliaires tels que des pompes , des moteurs et des dispositifs de contrôle de la pollution. ^[29] Ainsi

Production nette = production brute – utilisation dans l’usine ( c’est -à-dire charges internes)

Opérations

Salle de contrôle d’une centrale électrique

Apprendre encore plus Cette section ne cite aucune source . ( juillet 2021 )Veuillez aider à améliorer cette section en ajoutant des citations à des sources fiables . Le matériel non sourcé peut être contesté et supprimé . (Découvrez comment et quand supprimer ce modèle de message)

Le personnel d’exploitation d’une centrale électrique a plusieurs tâches. Les opérateurs sont responsables de la sécurité des équipes de travail qui effectuent fréquemment des réparations sur les équipements mécaniques et électriques. Ils entretiennent l’équipement avec des inspections périodiques et enregistrent les températures, les pressions et d’autres informations importantes à intervalles réguliers. Les opérateurs sont responsables du démarrage et de l’arrêt des générateurs en fonction des besoins. Ils sont capables de synchroniser et d’ajuster la tension de sortie de la génération ajoutée avec le système électrique en marche, sans perturber le système. Ils doivent connaître les systèmes électriques et mécaniques pour dépannerproblèmes dans l’installation et ajoutent à la fiabilité de l’installation. Les opérateurs doivent être en mesure de répondre à une urgence et connaître les procédures en place pour y faire face.

Voir également

Portail de l’énergie

Cogénération
Tour de refroidissement
Coût de l’électricité par source
Chauffage urbain
Production d’électricité
Impact environnemental de la production d’électricité
Cheminée de fumées
Centrale électrique à énergie fossile
Électricité géothermique
Centrale électrique à vortex d’eau gravitationnelle
Mini-centrales électriques connectées au réseau
Liste des plus grandes centrales électriques du monde
Liste des centrales électriques
Liste des pannes des centrales thermiques
Centrale nucléaire
Efficacité de l’usine
Problème d’engagement d’unité
Centrale électrique virtuelle

Références

^ Thompson, Silvanus Phillips (1888). Machines dynamo-électriques : un manuel pour les étudiants en électrotechnique . Londres : E. & FN Spon. p. 140 .
^ “L’hydroélectricité restaurée dans la maison historique de Northumberland” . Nouvelles de la BBC . 27 février 2013.
^ Jack Harris (14 janvier 1982), “L’électricité de Holborn” , New Scientist
^ “Données et statistiques” . Agence internationale de l’énergie . Récupéré le 25 novembre 2021 .
^ “Production mondiale brute d’électricité par source, 2019 – Graphiques – Données et statistiques” . Agence internationale de l’énergie . Récupéré le 25 novembre 2021 .
^ “La Chine et la Russie accélèrent le rythme de la coopération énergétique” . Ministère du Commerce . 24 juillet 2018.
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Liens externes

Wikimedia Commons a des médias liés aux centrales électriques .

Système d’identification des centrales électriques (KKS)
Schéma de la centrale
Les plus grandes centrales électriques du monde
Base de données des émissions de carbone des centrales électriques dans le monde (Carbon Monitoring For Action : CARMA)
Net vs Gross Output Measurement ” Archivé de l’original (pdf) le 21 octobre 2012
Mesure de la production d’électricité Archivé de l’original (pdf) le 2 octobre 2012