Bibliographie & annexes
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Auteur(s)
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Michel KLAEYLÉ : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure de Chimie de Lille (ENSCL) - Docteur en chimie de la combustion - Ingénieur du groupe « techniques de combustion propre » à Électricité de France, Centre National d’Équipement Thermique
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Férid NANDJEE : Ingénieur de l’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA) - Responsable du groupe « turbines à combustion, diesels, cycles combinés » à EDF, Centre National d’Équipement Thermique
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Lire l’articleINTRODUCTION
La production thermique d’énergie électrique doit répondre simultanément aux impératifs économiques et à des critères liés à la protection de l’environnement de plus en plus stricts. Les cycles combinés alimentés au gaz naturel ou au fuel permettent de très bons rendements énergétiques (nettement supérieurs à 50 %) et des émissions polluantes très faibles, mais consomment des combustibles dont les réserves estimées sont faibles et dont le coût est incertain à long terme.
Au contraire, les très abondantes réserves de charbon dispersées à travers le monde et leur coût plus avantageux permettent, à long terme, d’envisager l’utilisation du charbon pour la production d’énergie électrique. Les filières classiques de combustion du charbon présentent généralement des performances moyennes en matière de rendement et de protection de l’environnement ou nécessitent des équipements annexes (désulfuration des fumées, …).
La gazéification intégrée à un cycle combiné (GICC, ou en anglais IGCC : integrated gasification combined cycle) permet de transformer le charbon en un combustible propre et utilisable par un cycle combiné, au lieu de le brûler directement. Cette technologie permet de bénéficier des avantages intrinsèques des cycles combinés au gaz, mais à partir d’un combustible moins noble : quasiment tous les charbons, la biomasse, les cokes de pétrole, les combustibles à haute viscosité (CHV), l’orimulsion, etc. En particulier, l’IGCC permet de brûler des combustibles de qualité moindre (forte teneur en soufre, en chlore ou en cendres) en respectant, sans installation complémentaire, les normes, actuelles et en préparation, relatives aux limitations des émissions de polluants.
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4. Cycle combiné
Les différences entre un cycle combiné alimenté au gaz naturel et un cycle combiné alimenté au gaz de synthèse issu de la gazéification sont principalement :
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les caractéristiques du combustible utilisé (composition, pouvoir calorifique, etc.) ;
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les techniques de réduction de NO x ;
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la turbine à combustion qui doit être adaptée au fonctionnement au gaz de synthèse ; elle doit par ailleurs permettre l’extraction d’air au niveau de son compresseur pour l’alimentation de l’unité de séparation d’air sous pression ; certaines turbines à combustion n’offrent pas cette possibilité ;
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la vapeur produite, au niveau de la section de gazéification et de traitement de gaz, est injectée dans le cycle eau-vapeur du cycle combiné de l’IGCC .
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l’extraction d’une quantité de vapeur moyenne ou haute pression, du cycle eau-vapeur du cycle combiné, pour alimenter le gazéifieur (en tant que modérateur).
4.1 Turbine à combustion
L’alimentation d’une turbine à combustion avec du gaz de charbon issu de la gazéification rend nécessaire un dimensionnement spécifique de certaines parties de la turbine.
HAUT DE PAGE4.1.1 Caractéristiques du combustible et conception des brûleurs
Le gaz de synthèse a une composition sensiblement différente de la composition du gaz naturel ou du fuel généralement utilisé pour alimenter les turbines à combustion : la teneur en composés hydrocarbonés est faible, au profit du CO et de l’hydrogène. Le PCI du gaz de charbon dépend, par ailleurs, fortement du choix de l’agent de gazéification : l’air ou l’oxygène. De ce fait, le pouvoir calorifique du gaz de charbon est entre 4 et 10 fois inférieur à celui du gaz naturel, comme le montre le tableau 4.
En raison de la faible quantité d’air nécessaire à la combustion du monoxyde de carbone et de l’hydrogène, la température de flamme adiabatique est très élevée dans les conditions ISO. Celle-ci est encore plus élevée en conditions d’exploitation...
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Cycle combiné
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GEOSITS (R.F.), MOHAMMAD-ZADEH (Y.), BLAMIRE (D.K.), GRANATSTEIN (D.L.) - Évaluation de l’intégration du CCIGC. - 240 p., Association canadienne de l’Électricité, sept. 1994.
-
(2) - RUBY (J.), PETCHTL (P.), WESTSIK (J.) - Recueil de données techniques ACE sur les cycles de production d’énergie améliorés, volume III : Production d’électricité en cycle combiné à la gazéification du charbon. - 98 p., 26 tabl., 41 fig., Association canadienne de l’Électricité.
-
(3) - SENDIN (U.), SCHELLBERG (W.), EMSPERGER (W.), BERNAL (D.) - The Puertollano IGCC project, a 335 MW demonstration power plant for the electricity companies in Europe (Le projet IGCC de Puertollano, une centrale thermique de 335 MW pour les compagnies d’électricité européennes). - 13o EPRI Conference on gasification power plants, 7 tabl., 12 fig., Electric Power Research Institute, États-Unis, 19-21 oct. 1994.
-
(4) - JUDKINS (R.R.), STINTON (D.P.), DE VAN (H.J.) - A review of the efficacy of silicon carbide hot gas filters in coal gasification and pressurized fluidized bed combustion environments (Une revue de l’efficacité des filtres en carbure de silicium dans des environnements de gazéification du charbon et de combustion en lit fluidisé sous...
1 Constructeurs (listes non exhaustive)
La construction d’une centrale IGCC fait généralement appel à trois constructeurs, un pour chacun des principaux îlots : gazéifieur, cycle combiné, unité de séparation d’air. Les tableaux 1, 2 et 3 rassemblent les principaux construteurs connus dans le monde pour les gazéifieurs, les unités de séparation d’air et les cycles combinés.
HAUT DE PAGE
Le tableau 4 présente les principaux exploitants des centrales IGCC de taille industrielle existantes ou en construction à travers le monde. Cette liste est susceptible de s’allonger dans un proche avenir, car toutes les sociétés d’électricité sont susceptibles de s’équiper de centrales IGCC, puisque cette filière fait partie des technologies de combustion propre du charbon.
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