Centrale TGV

La centrale TGV

Consignes pour la séquence de cours

(1) Imprimez le schéma vierge que vous avez reçu.

(2) Faites défiler la leçon interactive et annotez le schéma comme s'il s'agissait d'une prise de notes en classe.

(3) Lisez le document annexe d'Electrabel et complétez éventuellement votre prise de notes.

(4) Testez votre compréhension de la leçon grâce au test interactif.

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Consignes pour la leçon interactive

Cette leçon est conçue pour vous permettre d'avancer à votre rythme. Au fil du cours, vous trouverez 3 types d'icônes :

pour afficher des infos supplémentaires sur cette "zone" ;

pour réfléchir un peu ;

pour passer à la suite.

Dans une centrale TGV, l'énergie provient d'une combustion.

Le coeur de la centrale est donc la chambre de combustion.

Pour cette combustion, il faut un combustible et un comburant.

chambre de combustion

Quel est, selon vous, le combustible utilisé dans la centrale ?

charbon

gaz naturel

chambre de combustion

pétrole

gaz

Le charbon a été utilisé dans le passé ; en témoignent les nombreux terrils de la région liégeoise.

Aujourd'hui, il est encore utilisé dans certains pays (disposant d'importantes ressources en charbon) mais plus en Belgique.

chambre de combustion

Les centrales TGV font, elles, appel au gaz naturel qui est moins polluant.

exemple : la mine de Blegny et son terril

Quel est, selon vous, le combustible utilisé dans la centrale ?

charbon

gaz naturel

chambre de combustion

pétrole

Non, le pétrole sert principalement à la production d'énergie mécanique (moteurs) et non électrique.

gaz

Quel est, selon vous, le comburant utilisé dans la centrale ?

azote

oxygène

chambre de combustion

air

gaz

Quel est, selon vous, le comburant utilisé dans la centrale ?

azote

oxygène

chambre de combustion

air

Non, vous dormiez au cours de Mme Cornet ??

gaz

Le comburant est bien sûr l'oxygène de l'air.

L'air injecté dans la chambre de combustion passe d'abord dans un autre composant.

air (oxygène)

chambre de combustion

Ce composant est un compresseur.

Il permet d'augmenter la pression de l'air pour injecter le plus possible d'oxygène dans la chambre de combustion (afin que la combustion soit la plus complète possible).

air (oxygène)

compresseur

Au sortir de la chambre de combustion, les gaz chauds passent dans une turbine.

Le rôle de la turbine est de convertir l'énergie thermique en énergie mécanique.

turbine

Au passage des gaz chauds, la turbine entre en rotation.

La turbine est composée d'une série de roues équipées de pales.

Chaque pale a la forme d'une aile d'avion.

Cette forme particulière entraine une circulation différente du flux d'air de part et d'autre de la pale. Ce phénomène crée une force dirigée vers l'extrados de la pale. Dans le cas d'un avion, c'est cette force qui permet à l'avion de s'envoler (portance). Ici, elle va permettre à la turbine de tourner.

alternateur

Sur l'axe de la turbine est connecté un alternateur.

Une fois mis en rotation, l'alternateur produit de l'électricité.

Rappel du chapitre "Electromagnétisme"

Un alternateur est constitué d’un aimant (ou électroaimant) mobile central (le rotor) et d’un ensemble de bobinages fixes placés tout autour de l’aimant (le stator).

En tournant, l’aimant crée un courant induit dans les bobinages.

L'énergie électrique est donc obtenue après 3 tranformations successives :

E chim Q (E therm) W (E mécan) E élect

alternateur

turbine

chambre de combustion

transformateur

L'alternateur est connecté à un transformateur.

Le rôle du transformateur est d'augmenter la tension pour pouvoir injecter le courant sur les lignes à haute tension du réseau.

Rappel du chapitre "Electromagnétisme"

Un transformateur est un équipement qui permet d’augmenter ou de diminuer la tension électrique.

Deux solénoïdes sont reliés entre eux par un noyau en fer. Le 1er solénoïde est alimenté par une tension alternative -> un courant induit alternatif apparaît dans le 2ème solénoïde.

Les gaz qui sortent de la turbine sont envoyés dans une cheminée et rejetés dans l'atmosphère.

Cette première partie de la centrale porte le nom de circuit primaire.

2000°C

600°C

Dans le passé, les centrales au gaz étaient uniquement constituées de ce circuit.

Mais les gaz rejetés par la turbine étant encore extrêmement chauds, il y avait une énorme perte d'énergie thermique à la cheminée. On a donc ajouté un second circuit pour la valoriser.

Avant d'être rejetés, les gaz chauds passent dans un échangeur de chaleur.

Dans l'échangeur, ils communiquent leurs calories à un autre fluide : de l'eau qui se transforme en vapeur.

eau

vapeur

échangeur de chaleur

Avant d'être rejetés, les gaz chauds passent dans un échangeur de chaleur.

Dans l'échangeur, ils communiquent leurs calories à un autre fluide : de l'eau qui se transforment en vapeur.

eau

vapeur

échangeur de chaleur

Dans un échangeur de chaleur, les 2 fluides se croisent toujours à contresens afin de maximiser l'échange d'énergie thermique (qui dépend du gradiant de température entre la source chaude et la source froide).

gaz chauds

gaz refroidis

gaz chauds

gaz refroidis

vapeur

eau froide

eau froide

vapeur

circulation dans le même sens

circulation à contresens

Pour produire de l'électricité à partir de la vapeur (=gaz chaud), on utilise la même méthode qu'au circuit primaire.

vapeur

La vapeur est envoyée dans une turbine qui entraîne un alternateur.

turbine

alternateur

Le circuit est bouclé par un nouvel échangeur de chaleur qui permet de retransformer la vapeur refroidie en eau et de la renvoyer vers le circuit primaire.

Cette deuxième partie de la centrale est appelée circuit secondaire. C'est un circuit fermé.

vapeur refroidie

eau

échangeur de chaleur

L'eau de refroidissement de ce deuxième échangeur est directement pompée dans un cours d'eau.

échangeur de chaleur

C'est la raison pour laquelle les centrales sont généralement situées le long des fleuves.

Selon vous, dans quel sens s'écoule ce fleuve ?

échangeur de chaleur

de la gauche vers la droite

de la droite vers la gauche

Selon vous, dans quel sens s'écoule ce fleuve ?

échangeur de chaleur

de la gauche vers la droite

de la droite vers la gauche

Non, car, dans ce cas, on repomperait l'eau chaude rejetée par l'échangeur et ce dernier deviendrait inefficace.

Selon vous, dans quel sens s'écoule ce fleuve ?

échangeur de chaleur

de la gauche vers la droite

de la droite vers la gauche

Oui, on pompe toujours l'eau froide en amont puis on rejette l'eau chaude en aval.

Il existe des normes européennes encadrant la température des eaux de rejet afin de préserver la faune et la flore.

Elles imposent : (1) une température maximale des eaux de rejet ; (2) un gradiant de température maximal entre l'amont et l'aval.

tour de refroidissement

Si l'eau, à la sortie de l'échangeur, est trop chaude pour être rejetée, on la fait passer préalablement dans une tour de refroidissement.

Ce n'est qu'une fois refroidie que l'eau est renvoyée dans le fleuve.

Cette troisième partie de la centrale s'appelle le circuit de refroidissement.

La tour de refroidissement est l'élément le plus haut de la centrale (environ 150 m). Elle est largement ouverte à sa base (pilotis).

Sa forme hyperboloïdale favorise l'effet venturi, c'est-à-dire une circulation naturelle de l'air de bas en haut.

L'eau chaude est brumisée dans ce flux d'air, ce qui a pour effet : (1) de charger l'air en humidité (une partie de l'eau est évacuée sous forme d'un nuage de vapeur) (2) de refroidir l'eau qui reste (qui est récupérée dans un bassin situé à la base de la tour).

Le schéma fonctionnel de la centrale TGV est complet.

On peut en déduire que l'acronyme TGV ne signifie pas Train à Grande Vitesse (et non !) mais : Turbine Gaz Vapeur

Le rendement d'une centrale TGV est d'environ 55%.

Cela signifie que 55% de l'énergie primaire initiale (E chimique) sont convertis en électricité.

Les 45% restants sont les pertes d'énergie dues : (1) à la combustion qui est incomplète, (2) aux frottements de tous les éléments rotatifs, (3) à la chaleur perdue dans les fumées et les eaux de refroidissement.

Le rendement d'une centrale TGV est d'environ 55%.

Cela signifie que 55% de l'énergie primaire initiale (E chimique) sont convertis en électricité.

Les 45% restants sont les pertes d'énergie dues : (1) à la combustion qui est incomplète, (2) aux frottements de tous les éléments rotatifs, (3) à la chaleur perdue dans les fumées et les eaux de refroidissement.

Quelle est selon vous la principale perte d'énergie ?

Le rendement d'une centrale TGV est d'environ 55%.

Cela signifie que 55% de l'énergie primaire initiale (E chimique) sont convertis en électricité.

Les 45% restants sont les pertes d'énergie dues : (1) à la combustion qui est incomplète, (2) aux frottements de tous les éléments rotatifs, (3) à la chaleur perdue dans les fumées et les eaux de refroidissement.

Non, la combustion est incomplète mais ces pertes sont minimes.

Le rendement d'une centrale TGV est d'environ 55%.

Cela signifie que 55% de l'énergie primaire initiale (E chimique) sont convertis en électricité.

Les 45% restants sont les pertes d'énergie dues : (1) à la combustion qui est incomplète, (2) aux frottements de tous les éléments rotatifs, (3) à la chaleur perdue dans les fumées et les eaux de refroidissement.

Non, les frottements entrainent une perte sous forme thermique mais elle est minime.

Le rendement d'une centrale TGV est d'environ 55%.

Cela signifie que 55% de l'énergie primaire initiale (E chimique) sont convertis en électricité.

Les 45% restants sont les pertes d'énergie dues : (1) à la combustion qui est incomplète, (2) aux frottements de tous les éléments rotatifs, (3) à la chaleur perdue dans les fumées et les eaux de refroidissement.

Oui, ce sont les calories évacuées par les fumées et le circuit de refroidissement qui sont la principale source de perte. Il est parfois possible de les valoriser par cogénération.

La cogénération consiste à récupérer l'énergie thermique pour l'utiliser directement sous cette forme pour le chauffage et/ou l'eau chaude sanitaire.

L'énergie thermique est difficilement transportable : cette utilisation doit donc être locale (bureaux de la centrale, bâtiments proches, piscine voisine ...).

Voici les différentes centrales situées dans la région liégeoise.

La centrale TGV la plus proche de St-Jacques est celle d'Angleur.

La centrale la plus puissante de la région est celle de Seraing.

La puissance d'une unité de production TGV avoisine les 450 MW (soit la moitié de la puissance d'un réacteur nucléaire).

En Belgique, on développe peu de nouveaux projets TGV car l'essor actuel des énergies renouvelables (solaire + éolien), combiné au nucléaire, les rend peu rentables.

Mais, si nous voulons sortir du nucléaire, nous devrons obliga-toirement faire appel à cette technologie pour assurer notre sécurité d'approvisionnement.

Si vous avez des questions, n'hésitez pas à m'envoyer un mail.

Je vous invite maintenant à lire la brochure d'électrabel qui complète la séquence : (1) en vous montrant des représentations réelles des différents composants de la centrale ; (2) en vous présentant une alternative à la tour de refroidissement (qui est souvent problématique, vu sa taille, lors de l'implantation de nouvelles centrales ).

Ensuite, vous pouvez passer au test.

Test interactif

Vous allez pouvoir tester votre maîtrise de la matière en réalisant 3 activités. Attention, vérifiez toujours vos réponses grâce au bouton et, au besoin, corrigez-vous avant de passer à la suite.

Ne cliquez ici qu'après avoir fini le QCM

Ne cliquez ici qu'après avoir fini le QCM

Voilà, j'espère que tout était clair (... et amusant). Ça m'intéresserait de savoir combien de temps ça vous a pris. N'hésitez pas à m'envoyer vos réactions.

https://view.genial.ly/5e86fccaba81d90dfb42b2bd/interactive-content-centrale-tgv