L énergie Electrique représente 40% de l énergie consommé en France. Il existe principalement 2 types de centrales : Les Centrales Hydraulique Les Centrales Thermique A flamme Nucléaire Puissance installée au 31/12/95 Production annuelle en TWh MW 1995 1997 Nucléaire 58300 Nucléaire 358,2 81 % 375,3 82% Thermique 17400 Thermique 17,2 4 % 18,3 4% Hydraulique 23300 Hydraulique 68,3 15 % 64,1 14% Total 99000 Total 444,2 100% 457,7 100 % En 1995, EDF a exporté 14% de sa production: 62 Milliard de kwh. Haute Chute LES CENTRALES HYDRAULIQUES Ces centrales ont un dénivelé de 100 mètres a 1800 mètres, ils sont généralement situé en haute montagne. Puissance : de 50 MW sous 400 MW sous 15 kv ou 20 kv Elles comprennent un réservoir naturel c est à dire : une vallée où l on a mis un barrage (Béton ou terre). Les barrages constituent une réserve d énergie potentielle. Il y a 2 types de barrages : Masse de matière naturelle. Barrage Poids
Barrage Eau Canalisation Forcé CENTRALE Les canalisations se présente comme la vue ci-dessus, elle sont en acier creusé dans la roche (utilisé pour les très grosses centrale hydraulique... ) Il faut savoir que ses canalisations font un diamètre de 2 à 3 mètres! Barrage Voûte Les parois sont en bétons armés. Réserve d' Forme de voûte La turbine Pelton convient très bien aux hautes chutes (entre 100 et 1800m). Elle est généralement alimentée par des conduites forcées
La Turbine «Pelton» La turbine tourne à une vitesse relativement rapide pour un centrale hydraulique 600tr/min < N < 1500 tr/min L envoyé généralement sous pression fait tourner la turbine «Pelton» donc l alternateur il y a alors production d électricité. On a transformé une énergie mécanique en énergie électrique Eau sous pression La turbine Pelton Canalisation Si ceci avance plus ou moins, il aura plus ou moins de débit PELTON ZOOM Eau sous pression Canalisation Principe de rotation la turbine Pelton Moyenne Chute Ces centrales ont un dénivelé de 10m < H < 200m. Ces usines se trouve sous la barrage. Les centrales moyennes chutes utilisent des turbines Francis. Les puissances sont : 5kW < P < 800MW, Vitesse : 100 tr/min < N < 375 tr/min Les barrages sont du type voûte.
La Turbine «Francis» La turbine «Francis» est du type hélicoïdale. C est un turbine à réaction, c est à dire que le dispositif d injection d sur le rotor de la turbine et la forme de ce rotor sont réalisés de façon que, l pénétrant dans la turbine à vitesse réduite, on utilise à la fois l énergie cinétique due à la vitesse potentielle due à la pression de l. Pour les turbines Francis l ensemble turbine-alternateur est disposé sur un axe vertical. La turbine Francis est réversible Turbine Francis Basse Chute ou au fil de l. Dans le cas des centrales basse chute, il n y a pas de pression (car faible chute). Mais il faut qu il y ait un fort débit. C est le cas typique des fleuves (Rhin, Rhône...) On utilise des turbines de type «Kaplan», monté de plus en plus sur un groupe bulbe. L utilisation du groupe bulbe permet de turbiner dans les 2 sens d écoulement de l. Il comporte dans une même coque, immergée dans un conduit hydraulique, l alternateur et la turbine Dénivelé : 2m < H < 50mètres. Vitesse de rotation : 70 tr/min < N < 150tr/min. Puissance pouvant atteindre : 5kW à 150 MW. La Turbine «Kaplan» La turbine «Kaplan» a une forme d hélice d avion. L hélice est à pâles orientable et réversible. Groupe Bulbe
Le groupe bulbe peut être horizontal ou vertical. Amont GS Η GS Bulbe axe horizontal Bulbe axe vertical Usine marémotrice Elle utilise l énergie des marées. Un barrage situé à l entrée d un estuaire de rivière laisse passer l à marée montante puis est fermé pendant la marée descendante et retient l en amont. (en fin de marrée basse on dispose d un hauteur d qui peut aller jusqu'à 13m aux fortes marées). Marée Montante Marée Descendante Les pâles sont orientables, afin que la turbine fonctionne tout le temps. La réversibilité se fait donc en tournant les pales (grâce à un système mécanique) La vitesse de turbine est : 93,75 tr/min L exemple type est l usine marémotrice de la Rance. Remarques diverses sur les centrales hydraulique Une centrale hydraulique n a pas besoin de personnel ou très peu. Il y a que le personnel de maintenance. Le kw/h ne coûte pas cher, c est l énergie qui coûte la moins cher (un alternateur a une durée de 30 ans et le gros œuvre 100 ans en moyenne). Tout est automatique, le contrôle de ces centrales de fait a distance (via le rés hertzien ou téléphonique), tout est affiché à un central (pour les centrale hydrauliques des
Pyrénées c est à Toulouse), tout est visualisé sur des écrans. (il y des capteurs partout, température rotor, pression, tension...). Le démarrage d une centrale hydraulique peut se faire en 2 minutes!. Si c est un petite centrale, on utilise des machines asynchrones. (éolienne..) Mais pour la plupart de temps c est des machines synchrones, bien sur. (meilleur rendement) Il existe environ 7 centrales hydraulique qui font du pompage. Les centrales hydrauliques sont généralement utilisées lors des pointes de demande (l hiver, la nuit,...). Les centrales nucléaires «tournent» pratiquement tout le temps (il faut plusieurs jours pour les mettre en service), il peut arriver qu il y ai une surproduction des centrales nucléaires, on alimente donc les centrales hydrauliques (les machines synchrones fonctionnent en moteur) afin de remonter l jusqu au réservoir. LES CENTRALES THERMIQUE A FLAMME Puissance moyenne : 600 MW Il existe 2 principales centrales thermiques Charbon, gaz Nucléaire Centrale a flamme au charbon ou gaz Le principe de ces centrales est un dégagement de vapeur qui fait tourner la turbine, (l énergie est donc produite par de la vapeur). Vitesse de Rotation : 3000 tr/min (Turboalternateur bipolaires) Les alternateurs fonctionne sous 20 kv et peuvent fournir 19000 A par phase! La turbine d entraînement comporte généralement 3 étages : Haute pression 160 bars à 560 C Générateur de Vapeur Moyenne Pression 40 bars à 560 C Turbine Basse Pression quelques bars à > 200 C Alternateur L alternateur est refroidie à l hydrogène sous pression de 4 bars (il faudra donc une excellente étanchéité sinon Air + Hydrogène : Boom!). L avantage de l hydrogène c est qu il évacue les calories plus rapidement que l air, l hydrogène a donc moins de densité que l air. Pour mettre en service ce type de centrales il faut 6 à 8 heures.
Centrale Nucléaire La production de chaleur est réalisé par fission nucléaire (Uranium 235). Les centrales hydraulique produisent environ 75% de l Electricité. Les alternateurs sont refroidit par de l hydrogène (Rotor) + Eau. Puissance moyenne de 900 MW (Centrales Anciennes) a 1400 MW (Centrales plus récentes). Vitesse : 1500 tr/min. (turboalternateur à 4 pôles). Les machines utilisés sont à pôles lisses. Pour mettre en service ce type de centrale il faut plusieurs jours. On n utilise plus les cours d pour refroidir, on utilise maintenant les tours (ces tours rejettent donc de la vapeur).