Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article est consacré à la production d’électricité par des turbines couramment appelées « turbines à gaz », car alimentées par des gaz issus d’une combustion. Sont abordés tout à tour le cycle thermodynamique de ces turbines, le rendement de leurs composants et leurs évolutions technologiques. L’étude de leur impact environnemental n’est pas oubliée, ainsi que leur sûreté de fonctionnement et l’endommagement de leurs pièces.
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Jacques MAUNAND : Expert Turbine à Gaz chez EDF R&D
INTRODUCTION
D’un point de vue terminologique, la dénomination officielle des turbines à gaz est en français « turbines à combustion » dont l’abréviation est TAC. La dénomination scientifiquement exacte est « turbine à gaz de combustion » puisque ce sont les gaz issus d’une combustion qui fournissent l’énergie à la turbine. Il est donc compréhensible qu’une turbine à gaz puisse être alimentée avec des combustibles liquides. Dans cet article sont employées la dénomination d’usage courant « turbine à gaz » et l’abréviation « TAC » pour désigner cette technologie.
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Rendement des composants et leurs évolutions technologiques
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1. Cycle thermodynamique d’une turbine à gaz
L’approche privilégiée dans cet article vise à permettre de reconstituer le cycle d’une turbine à gaz à partir des mesures de pressions et de températures. Les calculs des incertitudes de mesure, la représentativité de la moyenne calculée ou les méthodes de mesure de débit sont supposés connus. L’influence des conditions amont sera abordée dans le paragraphe 1.3.
Le coût du combustible pour un cycle combiné fonctionnant en base (8 000 h par an) représente jusqu’à 75 % du coût global de l’électricité produite : le rendement de l’installation et donc celui de la turbine à gaz est primordial. Il est calculé par :
Sa connaissance nécessite donc la mesure du PCI du combustible par prélèvement ou indirectement par la composition du combustible mesurée par chromatographie. Souvent, plutôt que le rendement, le heat rate, HR, est employé. Il se définit par la quantité d’énergie apportée par le gaz pour produire un kWh (unité kJ/ kWh) soit :
Classification et modes d’utilisation des turbines à gaz
Les turbines à gaz se sont développées en parallèle des turboréacteurs d’avion qui ont une technologie fort semblable : même date de naissance puisque 1942 a vu le premier cycle combiné et 1944 les premiers avions à réaction et les mêmes évolutions vers l’accroissement des températures et pressions internes. Un turboréacteur est même facilement adapté à la production d’électricité et une famille de ces machines s’appelle les « aérodérivatives » : leur poids est plutôt faible, leur maintenance modulaire et leur rendement excellent avec une faible température des gaz à l’échappement. Les aérodérivatives sont bien adaptées pour...
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Cycle thermodynamique d’une turbine à gaz
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HAUT DE PAGE
Dans les Techniques de l’Ingénieur
GIRAUD (M.) - SILET (J.) - Turbines à gaz aéronautiques et terrestres. - B 4 410 Machines hydrauliques et thermiques, nov. 1992.
LORANCHET (Y.) - Mise en œuvre des turbines à gaz dans l’industrie. - B 4 425 Machines hydrauliques et thermiques, nov. 1992.
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Autres ouvrages
GE Gas turbine Design Philosophy. - GER 3434 D. http://www.gepower.com
GE Gas Turbine performance Characteristics. - GER 3567 H. http://www.gepower.com
Heavy Duty gas Turbine Operating and maintenance Considerations. - GER 3620 J. http://www.gepower.com
Thèses
CENUSA (V.-E) - Contribution...
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