Une centrale électrique est une installation dessinée pour la production d'énergie électrique.
La plupart des centrales électriques fonctionnent à l'aide d'une source de chaleur, l'énergie thermique. Cette source de chaleur peut provenir de la combustion de combustibles fossiles ou d'uranium dans les centrales nucléaires.
Cependant, il existe d'autres types de plantes qui fonctionnent de manière très différente. C'est le cas des parcs éoliens, des centrales photovoltaïques ou des centrales marémotrices.
La première centrale électrique des États-Unis, la Pearl Street Station, est mise en service le 4 septembre 1882 par Thomas Edison.
En fonction de la source d'énergie, ils peuvent être classés en:
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Les centrales à énergie renouvelable dont sa source pour produire de l'électricité est inépuisable. Les centrales solaires sont un exemple de centrale électrique renouvelable.
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Installations à énergie non renouvelable dans lesquelles la capacité de régénération de la source d'énergie est inférieure à la consommation. Par exemple, les centrales électriques au charbon sont des centrales électriques non renouvelables.
Qu’est-ce qu’une centrale thermoélectrique ?
Les centrales thermoélectriques sont des centrales thermiques dont l'objectif est de transformer l'énergie thermique en énergie électrique. Généralement, ils utilisent leur source d'énergie thermique pour faire bouillir de l'eau puis produire de l'électricité.
Cette conversion se fait par le cycle de turbine thermodynamique eau / vapeur (cycle de Rankine). Dans ce cas, la source de vapeur est de générer la vapeur qui entraîne des turbines qui entraînent des alternateurs.
Dans les centrales thermoélectriques, il existe trois éléments essentiels pour produire de l'énergie électrique:
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Une turbine à vapeur. La turbine convertit l'énergie thermique en énergie cinétique.
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Un alternateur pour convertir l'énergie mécanique en énergie électrique.
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Un transformateur pour moduler le courant électrique obtenu en courant alternatif avec la différence de potentiel souhaitée.
Il existe différents types de centrales thermiques:
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Classique: ils tirent leur énergie de la combustion de combustibles fossiles.
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La biomasse tire son énergie de la combustion des résidus forestiers et agricoles ou des fameuses cultures énergétiques.
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De l'incinération des déchets solides urbains: ils obtiennent de l'énergie grâce à la combustion des déchets traités.
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Centrales nucléaires: elles génèrent de l'énergie grâce aux réactions de fission des atomes d'uranium.
Les centrales thermiques englobent :
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Les centrales thermiques à flamme qui elles-mêmes comprennent.
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Les centrales conventionnelles qui brûlent des combustibles fossiles ou autre.
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Les centrales à turbine à combustion, à simple cycle et à cycle combiné, brûlant généralement du gaz, parfois du fioul.
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Les centrales à moteur Diesel ou à gaz.
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Les centrales de fision nucléaire.
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Les centrales d’énergie géothermique.
Qu'est-ce qu'une centrale électrique à cycle combiné?
Les centrales à cycle combiné transforment l'énergie thermique du gaz naturel en électricité grâce au travail conjoint d'une turbine à gaz et d'une turbine à vapeur.
Il existe un type d'installation industrielle qui est un cycle combiné. Dans les usines à cycle combiné, il existe deux cycles thermodynamiques:
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Cycle de Brayton. Ce cycle fonctionne avec une turbine à gaz, généralement au gaz naturel, par combustion.
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Cycle de Rankine. Il s'agit d'un cycle de turbine à eau et à vapeur classique.
Si la centrale n’utilise pas ce système, on l'appelle centrale à cycle simple.
Centrales de cogeneration
La cogénération est le procédé par lequel on obtient simultanément l'énergie électrique et l'énergie thermique utile (vapeur ou eau chaude). La cogénération permet d’améliorer le rendement global de l'installation en valorisant la chaleur résiduelle.
L'avantage de la cogénération est sa plus grande efficacité énergétique. La chaleur et l'énergie mécanique ou électrique sont utilisées à partir d'un seul processus, au lieu d'utiliser une centrale électrique conventionnelle et une chaudière conventionnelle pour les besoins en chaleur.
Un autre avantage, est qu'en produisant de l'électricité à proximité du point de consommation, on évite les changements de tension et le transport longue distance. Cela évite une perte d'énergie importante due à l'effet Joule (on calcule que dans les grands réseaux cette perte est compris entre 25 et 30%).
Quels sont les avantages d'une centrale électrique combinée?
Les centrales à cycle combiné sont plus flexibles que les centrales conventionnelles. Cela signifie qu'il peut fonctionner à pleine charge ou à charge partielle, jusqu'à un minimum d'environ 45% de la puissance maximale.
De plus, ils sont plus efficaces, leurs émissions sont plus faibles, la consommation d'eau de refroidissement est plus faible et ils économisent de l'énergie dans le carburant.
Enfin, ils sont construits plus rapidement que les autres centrales et nécessitent moins de surface par MW installé, ce qui réduit l'impact visuel.
Types de centrales électriques
Les différents types de centrales électriques sont les suivants:
1.- Centrales nucléaires
Les centrales nucléaires sont un type de centrales thermoélectriques. Toute la quantité d'énergie provient de la fission nucléaire des atomes d'uranium.
Les réactions de fission ont lieu à l'intérieur du réacteur nucléaire avec des mesures de sécurité extrêmes. Un accident nucléaire peut avoir des impacts environnementaux dévastateurs.
2.- Centrales éoliennes
Ces types de centrales électriques profitent de la force du vent pour faire tourner une turbine. De cette manière, la turbine convertit l'énergie cinétique du vent en énergie électrique.
C'est une énergie renouvelable qui ne génère pas d'émissions de gaz à effet de serre.
3.- Centrales solaires
Les centrales solaires sont des installations gigantesques de panneaux solaires interconnectés. Son seul objectif est de capter de grandes quantités de lumière solaire pour la convertir en énergie électrique et faire face aux industries, aux complexes urbains et même aux villes.
Ce type de plantes peut appartenir à deux types:
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Installations photovoltaïques. Ce sont des fermes de panneaux photovoltaïques qui convertissent directement la lumière du soleil en énergie électrique. Ils ont besoin d'une extension de surface significative.
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Les centrales solaires thermiques fonctionnent à travers des miroirs. Ces miroirs concentrent le rayonnement solaire pour élever la température de ce point et chauffent l'eau pour générer de la vapeur. C'est un type de centrale thermoélectrique.
4.- Centrales hydroélectriques
Les centrales hydroélectriques fonctionnent par la force de l'eau en hauteur. En faisant tomber l'eau d'une certaine hauteur, il est possible de convertir l'énergie potentielle en énergie cinétique. La vitesse de l'eau permet aux turbines hydrauliques reliées à un générateur électrique de produire de l'électricité.
L'énergie hydraulique est un type d'énergie renouvelable, grâce au cycle de l'eau.
5.- Centrales géothermiques
Les installations géothermiques sont des centrales thermoélectriques. La source de chaleur de ces plantes proviennent des couches souterraines de la terre. Les zones volcaniques sont idéales pour ce type de technologie.
Le processus de génération commence par l'extraction du mélange de vapeur et d'eau du réservoir géothermique. Une fois amenée à l'usine, la vapeur est séparée de l'eau géothermique à l'aide d'un séparateur cyclonique. Lorsque l'humidité est extraite, l'eau est renvoyée à la surface vers le réservoir pour être réchauffée.
L’énergie géothermique
L’énergie géothermique est obtenue en exploitant la chaleur de l'intérieur de la Terre. L’énergie thermique obtenue est transmise à travers les corps rocheux ou la conduction chaude et la convection, qui résultent des processus d'interaction des eaux souterraines et roches.
L’énergie géothermique peut être utilisée pour la production d’électricité (centrales géothermiques), utilisation de la chaleur (chauffage et ECS) et pour la réfrigération (par absorption et pompe à froid géothermique).
6.- Centrales marémotrices
Les usines marémotrices consistent en un barrage verrouillable. À marée haute, le barrage est ouvert et l'eau s'écoule dans le bassin derrière le barrage. Lorsque l'eau atteint le niveau le plus élevé, les portes se ferment et l'eau reste dans la baie.
Si la différence d'eau devant et derrière le barrage est suffisamment élevée, les portes s'ouvrent. Ensuite, l'eau retourne à la mer à travers les turbines. Les turbines entraînent des générateurs électriques.
Résumé
Les centrales électriques sont des installations permettant de transformer certains types d'énergie en électricité. Les usines qui utilisent une source de chaleur comme ressource sont des usines thermoélectriques.
Selon la source d'énergie, ils peuvent être:
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Renouvelables Ils ont généralement moins d'impacts sur l'environnement. Sa source d'énergie est inépuisable.
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Non renouvelable, qui utilise généralement des combustibles fossiles (charbon, pétrole ou gaz naturel) ou sont des centrales nucléaires.