Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Il est annoncé que les centrales thermiques à combustibles fossiles couvriront encore en grande partie nos besoins énergétiques mondiaux pour la décennie à venir. Ces centrales sont anciennes, et leur réhabilitation s’impose afin d’améliorer leurs performances, notamment leurs rendements. L’utilisation des turbines à gaz pourrait répondre à cette problématique. Cet article présente les différents couplages possibles entre une turbine à gaz et un cycle de vapeur existant. Ces différents cycles combinés sont détaillés avec principe et aspects techniques.
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Lire l’articleAuteur(s)
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George DARIÉ : Docteur spécialisé en centrales thermiques - Maître de conférences à l’Université polytechnique de Bucarest
INTRODUCTION
Les besoins mondiaux en énergie électrique sont actuellement couverts à 65 % par des centrales thermiques à combustibles fossiles [B 1 250]. La plupart de ces centrales sont âgées de plus de 15 ans ; elles fonctionnent avec des rendements bien inférieurs à ceux des unités modernes conçues pour des cycles combinés gaz - vapeur ou des cycles conventionnels de vapeur à paramètres surcritiques. L’amélioration des performances de ces centrales anciennes est obligatoire dans les années à venir.
Dans ce contexte, l’utilisation des turbines à gaz pour la réhabilitation des centrales thermiques représente une des meilleures solutions. Il existe divers moyens pour coupler une turbine à gaz avec un cycle de vapeur existant. L’accent est mis en particulier sur les aspects techniques des cycles combinés qui résultent de la réhabilitation. Chaque solution de réhabilitation est illustrée d’exemples typiques rencontrés dans des applications réelles. Pour avoir la possibilité de comparer entre elles les diverses solutions de réhabilitation, une étude de cas sur une unité à vapeur de 100 MW est réalisée.
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Cycle combiné sans postcombustion
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2. Cycles combinés gaz - vapeur
2.1 Considérations thermodynamiques
L’utilisation de la turbine à gaz pour la réhabilitation de CCV se limite au développement de certains cycles combinés gaz - vapeur.
La figure 1 présente les intervalles de température entre lesquels a lieu l’extraction du travail pour l’installation d’une turbine à vapeur (TV), d’une turbine à gaz (TG) et d’un cycle combiné gaz - vapeur (CCGV). Dans le cas du cycle de la vapeur, l’extraction du travail a lieu dans le domaine des températures relativement basses. Bien que, à la source chaude du cycle thermique, la température obtenue suite à la combustion du combustible puisse atteindre 1 800 à 2 000 oC, la température de la vapeur ne dépasse usuellement pas 540 à 570 oC. En revanche, la température inférieure du cycle est très proche de celle du milieu ambiant.
Dans le cas du cycle du gaz, l’extraction du travail peut même commencer à la température de combustion du mélange combustible. En revanche, l’évacuation de la chaleur à la source froide se fait à une température bien supérieure à la température ambiante menant à de considérables pertes d’énergie.
Conclusion
La turbine à gaz travaille dans le domaine des hautes températures.
Le cycle de la vapeur travaille dans le domaine des températures moyennes et basses.
La température à laquelle cesse l’extraction du travail dans la turbine à gaz est proche de celle à laquelle la turbine à vapeur commence à travailler.
Il paraît intéressant de réaliser une cascade thermodynamique à deux étages, comprenant un cycle de gaz suivi d’un cycle de vapeur.
2.2 Développement
Bien que ses performances soient connues depuis la moitié du XXe siècle, ce n’est qu’après les années 1990 que le cycle combiné gaz - vapeur s’est réellement imposé comme une variante attractive pour la production de l’énergie électrique et thermique. Avant cette période, l’essor de l’énergétique nucléaire, considérée comme une source...
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Cycles combinés gaz - vapeur
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - World Energy Outlook 2000 - . International Energy Agency (2000).
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(2) - HARDARSON (P.) - Conventional Renewable Energy Resources for Power Production in Competitive Market Environment. - 18th World Energy Congress, Buenos Aires, Argentine (2001).
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(3) - HAYWOOD (R.W.) - Analysis of Engineering Cycles. - Pergamon Press (1991).
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(4) - HORLOCK (J.H.) - Combined power including combined cycle gas turbine (CCGT) plants. - Pergamon Press (1992).
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(5) - HAUPT (A.) - Repowering Peterhead. - Power Engineering International (mai 1999).
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