Les centrales thermiques (Travaux Pratiques Encadrés)

« • Toutefois, ces centrales utilisent de plus en plus la biomasse .

• La plupart des centrales thermique s sont monoénergétiques et ne brûlent que du charbon ou que du pétrole .

Certaines centrales dites « combinées » disposent de différents types de chaudière destinés à brûler divers types de sources d'énergie comme du gaz, du pétrole , des déchets et du bois .

• La diversification des sources d'énergie permet de faire les meilleurs choix économiques en fonction des fluctuations du prix des divers combustibles .

• Pour alimenter une tranche de production de 125 MW, il faut brûler, par heure , 50 t de charbon ou 25 t de fuel ou 30 000 rn' de gaz naturel ou encore 60 000 rn' de gaz issus des hauts fourneaux.

• L'utilisation de combustibles fossiles pour produire de l'électricité entraîne l'émission de fumées dans l'atmosphère et la production de déchets .

• Les centrales thermiques sont régies par un décret de septembre 1977 , en application d'une loi de juillet 1976 relative aux installations classées et à la protection de l'environnement.

lA NATURE DES POUUANTS • Les centrales thermiques représentent les plus grandes productrices de polluants atmosphériques du secteur de la production d'électricité .

• La nature des polluants produits dépend de celle des combustibles fossiles brûlés .

• Les polluants les plus nombreux sont les oxydes d'azote (NO, NO;,), le dioxyde de soufre (SO;z) , le mercure (Hg) et le dioxyde de carbone (CO;,) .

·Les conséquences de l'émission de ces polluants sont la présence de substances toxiques dans l'atmosphère, les pluies acides et les changements climatiques .

• La combustion d'hydrocarbures à haute température dans une chaudière produit du monoxyde d 'azote (NO).

Mélangé à l'oxygène de l'air, ce gaz se transforme en dioxyde d'azote (N0 2) .

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t Dissous dans la vapeur d'eau des nuages, il produit de l'acide nitrique (HN0 3) , provoquant le phénomène des pluies 11cides.

• Les oxydes de soufre (SO, SO;z) sont issus de la combustion des hydrocarbures lourds et des charbons contenant 1 à 3 % de soufre .

• Les composés organiques volatils (COV) proviennent de l'évaporation des bacs de stockage de pétrole et d 'une combustion incomplète de ce même combustible .

Ils sont responsables de la concentration d'ozone dans la basse atmosphère .

• Le monoxyde de carbone (CO) est issu de la combustion incomplète des combustibles et des carburants .

• L'acide chlorhydrique (HCI ) provient de la combustion de certains types de charbon.

• Il convient également de prendre en compte les pollutions des milieux pouvant être entraînées par l'extraction et le transport des combustible s (creusement de mines , « marée noire » à la suite du naufrage ou de l'échouage de pétroliers , etc.), et les déchets d'exploitation (cendres , produits de traitement des fumées, etc.).

lE TRAITEMENT DES POUUANTS • La législation impose de réduire les polluants émis et d 'éliminer les cendres et les polluants captés dans les filtres.

• Les gaz de combustion transportent des produits imbrûlés polluants qu'il est nécessaire d'épurer, notamment lorsque la centrale brûle du charbon ou du pétrole.

• L'émission d'un courant électrique au sein de dépoussiéreurs électrostatiques provoque la précipitation de la quasi-totalité des cendres volantes et des particules en suspension .

Celles-ci sont collectées et enfouies .

• Les gaz dépoussiérés sont ensuite désulfurés.

Un lavage à l'eau saturée de calcaire permet de réduire 85 à 90% de la teneur en oxyde de soufre.

• Les gaz épurés de la plus grande partie des polluants sont rejetés dans la haute atmosphère par une cheminée de plus de 150 rn de haut.

• Les normes européennes de rejet pour les centrales à charbon sont de 2 mg/Nm' pour le S02 , de 200 mg/Nm' pour les NO et N02 et de 0 mg/Nm ' pour les poussières .

• Ces normes ne sont pas appliquées partout et les centrales thermiques rejettent encore un volume important de polluants atmosphériques.

lA RWUCTION DES POLLUANTS • La réduction des émissions de polluants peut se faire de diverses manières : - par la réduction de la consommation électrique, qui réduit les besoins de production et donc les polluants ; - par le recours à des énergies renouvelables non polluantes ; - par l'utilisation de combustibles moins polluants -charbon contenant moins de soufre , par exemple, en vue de réduire les émissions de S02 ; -par l 'amélioration des techniques de combustion, en abaissant par exemple la température de la flamme et donc l'émission de CO, C02 , NO et NO 2 ; cet abaissement est obtenu par injection d 'eau dans le fuel ou par le biais de plusieurs brûlages successifs des gaz de combustion ou encore naturellement dans les chaudières à lit fluidisé.

lES CENTRAUS À COCtNtRATION • La cogénération permet la production simultanée d'énergie électrique et de chaleur .

• À la production d'énergie électrique décrite ci-dessus vient s'ajouter une récupération d 'énergie thermique au niveau du condensateur.

• Cette chaleur récupérée et non dispersée dans l'atmosphère peut alimenter un réseau de chauffage par circulation d'eau chaude.

• La cogénération a un rendement global nettement plus élevé que celui résultant de systèmes séparés , car elle permet de valoriser une partie de l'énergie qui, sinon, est perdue.

• Le rendement énergétique d'une centrale thermique ayant été équipée d'un système de cogénération passe de 55 % à 80 %.

• La production de chaleur implique toutefois que celle-ci soit consommée sur place , dans des habitations ou des bâtiments proches, et que les investissements nécessaires à sa distribution aient été effectués .

lES NOUVELUS TECHNOLOGIES • Des technologies récentes permettent d'utiliser des combustibles de moindre qualité ou de réduire l'émission de polluants .

• Les progrès de rendement ont été obtenus par l'augmentation de la température et de la pression ainsi que par le recyclage des gaz de combustion .

• Le principe du cycle combiné consiste à brOier du gaz naturel dans une chaudière alimentant une turbine à vapeur reliée à un alternateur et à recycler les gaz d 'échappement pour les utiliser à leur tour comme combustible.

• Le rendement d'une centrale thermique en 1920 était de 13 % ; il est passé à 38% en 1950 pour atteindre 55 % aujourd 'hui pour ·ces centrales à cycle combiné .

• Mais une telle amélioration n'est obtenue qu'au prix d'une complexité croissante de la centrale termique, dans son exploitation comme dans sa maintenance , et d 'une augmentation sensible du coût de sa réalisation .

lES CHAUDihES À LIT FLUIDISt CIRCULANT • Cette technique associe une efficacité de combustion et une meilleure dépollution au niveau du foyer selon les deux méthodes suivantes .

le lit fluidisé circulant atmosphérique • Le lit fluidisé circulant atmosphérique met en suspension et brasse une masse importante de combustible de qualité moyenne, voire médiocre .

• À une pression et à une température plus basses que dans une chaudière classique (850 •c au lieu de 1 400 •q, les combustibles sont fluidisés à une vitesse de 5 rn/ s.

• Cette méthode réduit à 95 % l'émission de SO et de S02 et de 60% celle de NO et de N02 • le lit fluidisé circulant sous pression • Le lit fluidisé sous pression recycle les gaz de combustion pour accroître le rendement.

• Les gaz sous pression (16 bars) sont détendus au sein d 'une turbine et d'une chaudière.

• Cette méthode offre les avantages de la technique précédente et permet de plus une réduction de la taille des chaudières .

dans un prototype industriel de 300 MW implanté en Espagne.

• Elle permet de supprimer les composants indésirables, source de polluants, en transformant le charbon en gaz hydrocarbure.

• D'autres combustibles comme la biomasse et les déchets pétroliers peuvent être également gazéifiés.

• Au sein du gazéifieur, le combustible s'oxyde partiellement, permettant à ce niveau de recueillir les divers polluants.

• Les gaz de combustion passent dans une turbine , puis les gaz d'échappement dans une turbine à vapeur , ce qui explique un rendement de 45 %.

LA PLACE DE LA PRODUCTION THERMIQUE D 'ÉLECTRICITÉ lE THERMIQUE ET LES AUTRES MODES DE PRODUCTION • Dans le monde, les centrales thermiques occupent la première place dans la production d'électricité .

• En France , le nucléaire représente la première source primaire de production d'énergie.

Les centrales thermiques arrivent en troisième position derrière la production hydroélectrique .

·L'énergie éolienne est très peu exploitée en France par rapport à certains de nos voisins, notamment du nord : l'Allemagne est vingt fois plus équipée .

• En France, la production d'électri cité issue du parc de centrales thermiques vient en appoint de celle fournie par les parcs nucléaires et hydrauliques, contribuant à écrêter les pics inattendus de consommation , en hiver (chauffage, éclairage) comme en été (réfrigération, climatis ation) .

• Les centrales thermiques répondent particul ièrement bien à cette mission car leurs capacités de production sont rapidement mobilisables.

• Cette mission d 'ajustement dévolue aux centrale s thermiques est prog rammée jusqu'en 2010 .

programmes de construction de tranches de 125 MW puis de tranches de 250 MW de centrales thermiques.

• En 1973, le choc pétrolier est venu interrompre la construction prévue des tranches de 700 MW.

• De 1950 à 1973, le fuel s'était peu à peu substitué au charbon , passant de 4 % du total des sources d'énergie utilisées en 1960 à 39 % en 1973.

• En 1977 a commencé la substitution progress ive du nucléaire au thermique avec le couplage de la première tranche nucléair e de Fessenheim (Alsace).

• Le choi x français de production d 'électric ité d'origine nuclé11ire -il y a 59 réacteurs civils en service en 2003 -a pour conséquence le déclassement régulier d'un certain nombre de centrales thermiques.

• Depuis le début des années 1980 , certaines tranches de centrales thermiques ont été provisoirement arrêtées.

Les installations sont moderni sées afin d'allonger leur durée de vie et de mieux répondre au renforcement des normes de rejet.

• La part des centrales thermiques dans la p roduction d 'énergie électrique nationale est passé de 65% en 1973 à 10% aujourd'hui .

• Une autre particularité de la production d'énergie en France est la sous-utilisation du gaz naturel dans les centrales thermiques -20% du combustible utilisé -par rapport aux autres pays européens.

• Malgré leur faible place dans la production , les centrales thermiques pourraient connaî tre un regain d'activité en raison de la baisse du prix du charbon et de l'applicat ion de nouvelles technologies qui permettent une amélioration des perfo rmances et une réduction de l'émis sion de polluants .. »