production d-'énergie électrique

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Production dnergie lectrique Introduc

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Introduction :

Au dbut de lutilisation de lnergie lectrique, les installation taient de faible puissance :

elles se limitaient un immeuble ou un groupe dimmeubles.

La production de lnergie tait assure par de petites gnratrices qui fournissaient

directement la tension utilisable.Les pertes de charge importantes interdisaient le transport grande distance et les usines

gnratrices taient implantes au centre gographique des rseaux alimenter : on leur donna le

nom de centrales lectriques.

Le dveloppement rapide des multiples applications de llectricit (force motrice, clairage,

etc.) provoqua un accroissement considrable des demandes en provenance dusagers de plus en

plus nombreux, entranant ainsi une augmentation importante de la production dnergie lectrique.

Dans le but damliorer le rendement nergtique, les anciennes sources locales furent

remplaces progressivement par des usines lectriques utilisant des matriels importants : le

transport et la distribution de lnergie lectrique sen trouvrent compltement transforms.

Lnergie lectrique est actuellement produite par des alternateurs accoupls des moteurs

dont le fonctionnement fait appel principalement lnergie thermique (emploi dun combustible)

ou lnergie hydraulique (emploi de la houille blanche).

La figure 1 schmatise les trois aspects successifs sous lesquels se prsente la fourniture de

lnergie lectrique : production, transport distribution.

Figure 1 Fourniture de l'nergie lectrique

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Appel de puissance dun rseau :

La puissance demande par lensemble des clients dun rseau subit de grandes fluctuations

selon lheure de la journe et selon les saisons. Le graphique de la figure 2 montre des variations

quotidiennes et saisonnires typiques pour un rseau. On constate sur ce graphique que lappel de

puissance maximale pendant lhiver (15GW) peut tre plus du double de lappel minimal pendant

lt (6GW)

Figure 2 Fluctuations typiques de l'appel de puissance durant une anne.

La figure 3 montre, pour le mme rseau, la variation horaire de lappel de puissance pourune journe dhiver et pour une journe dt. On remarque dans cet exemple que la pointe de

15GW en hiver se produit vers 17h, car cest ce moment que les lumires sont allumes dans

toutes les maisons et que plusieurs usines sont encoure en marche. Par contre, le creux de la

demande arrive aux petites heures du matin.

Figure 3 Fluctuation de l'appel de puissance durant une journe.

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Si lon ramne les appels de puissance journaliers une base annuelle, on obtient le

graphique de la figure 4. Par exemple, cette figure indique quun appel de puissance de 9GW existe

pendant 70% du temps, tandis quun appel de 12GW ne se produit que 15% du temps. On saperoit

quune puissance de base de 6GW est requise en tout temps, quune puissance intermdiaire de

6GW est requise pendant au moins 15% du temps et quune puissance de pointe de 3GW nest

requise que pendant une courte priode. Ces fluctuations de lappel de puissance obligent lescompagnies dlectricit prvoir trois classes de centrales de gnration :

1) les centrales de base de grande puissance qui dbitent leur pleine capacit en touttemps. Les centrales nuclaires sont particulirement aptes remplir ce rle.

2) Les centrales intermdiaires de puissance moyenne qui ragir rapidement auxfluctuations de la demande. Cest le cas des centrales hydrauliques dont le dbit est

facilement contrlable.

3) Les centrales de pointe de puissance moyenne qui ne dbitent leur pleine capacit quependant de courtes priodes.

Figure 4 Appel de puissance en fonction de son temps d'utilisation annuel.

Les centrales de pointe doivent tre mises en marche dans un dlai trs court ; elles utilisent

donc des moteurs diesel, des turbines gaz, des moteurs air comprim ou des turbines

hydrauliques rserve pompe. Remarquons que la priode damorage est de quatre huit heures

pour les centrales thermiques et de quelques jours pour les centrales nuclaires. Il nest donc pas

conomique dutiliser ces centrales pour fournir la puissance de pointe.

Quand aux considrations nergtiques, la figure 4 rvle que les centrales de base de 6GW

fournissent 58% de lnergie annuelle du rseau. Par contre, les centrales de pointe de 3GW

donnent seulement 1.3% de lnergie totale. Lnergie provenant des centrales de pointe cote donc

beaucoup plus cher que celle des centrales de base, cest pourquoi les compagnies dlectricitencouragent les usagers limiter leur charge de pointe.

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Types de centrales :

Il existe trois principaux types de centrales pour produire de lnergie lectrique :

a) les centrales hydrauliquesb) les centrales thermiquesc) les centrales nuclaires.

Bien quon puisse exploiter le vent, les mares et lnergie rayonnante du soleil, ces sources

dnergie ne reprsentent, pour les annes venir, quune petite partie de lnergie totale dont nous

aurons besoin. Tout semble indiquer quau niveau mondial nous continuerons exploiter les

ressources fossiles (charbon, gaz naturel) et nuclaires.

Figure 5 Filires de production d nergie lectrique

Donc on peut reprsenter la production dnergie lectrique en quatre filires :

Filire Hydraulique

Types dinstallations hydrauliquesCentrales de pompageFilire thermique combustibles fossiles

Thermique classiqueCombinaison Turbine Gaz, Vapeur

Filire nuclaireFilires nouvelles

Convertisseurs oliensPiles combustibleConvertisseurs photovoltaques

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Emplacement des centrales:

L'emplacement des centrales de gnration, des linges de transport et des postes de transformation

demande toujours une analyse dtaille pour arriver une solution acceptable et conomique.

Parfois, on peut placer une centrale ct de la source d'nergie primaire et utiliser des linges pour

transporter l'nergie lectrique.

Quand cela n'est pas pratique ou conomique, on doit transporter la matire premire (charbon,

mazout, gaz naturel, etc.,) par bateau, train, pipeline,etc., jusqu' la centrale. Les centrales peuvent

donc tre plus ou moins loignes de l'usager.

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Production dnergie lectrique Centrales hydrauliques

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CENTRALES HYDRAULIQUES:Les centrales hydrolectriques convertissent l'nergie de l'eau en mouvement en nergie

lectrique. L'nergie provenant de la chute d'une masse d'eau est tout d'abord transforme dans uneturbine hydraulique en nergie mcanique. Cette turbine entrane un alternateur dans lequell'nergie mcanique est transforme en nergie lectrique.

1- Puissance disponible:

D'une faon gnrale, la puissance que l'on peut tirer d'une chute dpend non seulement dela hauteur de la chute, mais aussi du dbit du cours d'eau. Le choix de l'emplacement d'une centralehydro-lectrique dpend donc de ces deux facteurs.La puissance disponible est donne par l'quation:

P= 9.8 q hP = puissance hydraulique, en [kW]q = dbit en mtres cubes par seconde [m3/s]9.8 = coefficient tenant compte des units.

A cause des pertes, la puissance mcanique que l'on peut recueillir sur l'arbre de la turbineest infrieure la puissance fournie par l'eau. Cependant, le rendement des turbines hydraulique estlev: de l'ordre de 80 94% pour les grosses units. Dans les alternateurs, la transformation de la

puissance se fait un rendement de 97 98.5%.

2- Types des centrales hydrauliques:

Suivant la hauteur de chute, on distingue:1) les centrales de haute chute ont des hauteurs de chute suprieurs 300m; elles utilisant des

turbines Pelton. Ces centrales se trouvent dans les Alpes et dans d'autres rgions trsmontagneuses. La capacit du rservoir est relativement faible.

Figure 6 Centrale hydraulique de haute chute

2) les centrales de moyenne chute ont des hauteurs comprises entre 30m et 300m; ellesutilisant des turbines Francis. Ces centrales sont alimentes par l'eau retenue derrire un

barrage construit dans le lit d'une rivire de rgion montagneuse. Elles comportent un

rservoir de grande capacit.

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Production dnergie lectrique Centrales hydrauliques

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Figure 7 Centrale hydraulique de moyenne chute

3) les centrales de basse chute, ou centrales au fil de l'eau, ont des hauteurs de chuteinfrieures 30m; elles utilisent des turbines Kaplan ou Francis. Ces centrales sont tabliessur les fleuves ou les rivires fort dbit.

Figure 8 Centrale hydraulique de basse chute

Les ouvrages d'amnagement, la vitesse et le type des turbines et des alternateurs varientsuivant la hauteur de chute et le dbit du cours d'eau.

4- Parties principales d'une centrale hydraulique:

Une centrale hydro-lectrique comporte essentiellement:1- le barrage: les barrages de retenue sont tablis en travers du lit des rivire; ils servent

concentrer les chutes prs des usines et former des rservoirs d'emmagasinage. On peut

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Production dnergie lectrique Centrales hydrauliques

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ainsi, crer des rs