Transcript Transparents de la semaine 12 (ppt 10.557 Mo)

ELEC 2753 Electrotechnique
Production d ’énergie électrique
Repris de H. BUYSE
2012 - Université catholique de Louvain
Filières de production d ’énergie électrique
ENERGIE ELECTRIQUE
Générateur
photovoltaïque
Pile à
combustible
Convertisseur
électromécanique
Convertisseurs
directs
Énergie mécanique
Énergie thermique
Énergie hydraulique
et éolienne
Énergie
chimique
Énergie d ’origine solaire
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Énergie
de fission
Radioisotopes
Énergie
de fusion
Énergie nucléaire
2012 - Université catholique de Louvain
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Doc. Electrabel
2012 - Université catholique de Louvain
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Doc. Electrabel
2012 - Université catholique de Louvain
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Doc. Electrabel
2012 - Université catholique de Louvain
6
Doc. Electrabel
2012 - Université catholique de Louvain
Filières de production d ’énergie électrique

Filière Hydraulique



Filière thermique à combustibles fossiles


Thermique classique
Combinaison Turbine à Gaz, Vapeur (TGV)

Filière nucléaire

Filières nouvelles




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Types d ’installations hydrauliques
Centrales de pompage
Convertisseurs éoliens
Convertisseurs directs chaleur-électricité
Piles à combustible
Convertisseurs photovoltaïques
2012 - Université catholique de Louvain
Production d ’énergie électrique en Belgique
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Doc. FPE
2012 - Université catholique de Louvain
Principe de base d ’une installation
hydraulique
Q étant le débit en m3/sec et h la hauteur de dénivellation en m, on a
Puissance mécanique brute : Pm= 1000 Q.h kg’(m/sec) = 9.81 Q.h (kW)
Puissance électrique nette :
Pe = 9.81 T G Q.h kW
Rendement de la turbine hydraulique :
Rendement du générateur électrique :
T = 0.85…0.92
G = 0.9…..0.97
Centrale de basse chute : h 30 m
Turbine à réaction à pales orientables (Kaplan).
pas de possibilité d ’accumulation (au fil de l ’eau).
Centrale de chute moyenne : 30 m  h  300 m
Turbines à réaction à pales fixes (Francis).
accumulation journalière ou hebdomadaire
(si turbine réversible ou pompes séparées)
Centrale de haute chute : h  300m
Turbines à action (Pelton)(non réversibles).
accumulation saisonnière si descente en plusieurs
étages avec turbines réversibles ou pompes.
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Pm
T
Q (m3/sec)
G
h (m)
Pe
2012 - Université catholique de Louvain
Performances des turbines hydrauliques de
moyenne puissance
1000
Q
10 MW
15 MW
Kaplan
30 MW
5 MW
(m3/sec)
Francis
2 MW
100
Pelton
1 MW
500 kW
10
1
0.1
1
10
10
100
h (m )
1000
2012 - Université catholique de Louvain
Groupe de basse chute à turbine Kaplan
alternateur
turbine Kaplan
à axe vertical
Caractéristiques
(par groupe)
PM = 29.1 MW
Q = 600 m3/sec
N = 75 tr/min
h = 10 m
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Doc. ACEC
2012 - Université catholique de Louvain
Groupes Kaplan à axe vertical
Groupe à trois paliers
Groupe à deux paliers
Excitatrice
Alternateur
Palier
Volute
Bâche
Bâche spirale
spirale
Roue
Kaplan
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Doc. ACEC
2012 - Université catholique de Louvain
Groupe bulbe Kaplan
Centrale d ’Ampsin-Neuville (6 groupes)
turbine Kaplan
à axe oblique
Caractéristiques
(par groupe)
Groupe bulbe
PM = 14.5 MW
Q = 300 m3/sec
N = 125 tr/min
h = 10 m
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Doc. ACEC
2012 - Université catholique de Louvain
Turbine Francis (Inga 2)
Caractéristiques
PM = 62.5 MW
Q = 300 m3/sec
N = 107.1 tr/min
h min = 51.2 m
h max = 62.5 m
Arbre
Palier
Aubes directrices
Roue motrice
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Doc. ACEC
2012 - Université catholique de Louvain
Turbine Pelton à axe vertical
Injecteur
Roue Pelton
Vanne sphérique
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2012 - Université catholique de Louvain
Profil en long de l ’installation de Coo I
Bassin supérieur
Bassin
inférieur
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Doc. ACEC
2012 - Université catholique de Louvain
Centrale de pompage de Coo
Excitatrice
A Alternateur
B Turbine- pompe
C Vanne sphérique
D Vanne aval
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Doc. ACEC
2012 - Université catholique de Louvain
Installations hydro-électriques en Belgique
Lixhe
Monsin
Ivoz-Ramet
Heid-deNeuville
Andenne
Goreux Bévercé
Grands-Malades
Bütgenbach
Lorcé
Floriffoux
Coo
Stavelot
Coodérivation Cierreux
Plate-Taille
La Vierre
centrale de pompage
centrale hydro-électrique
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Doc. Electrabel
Orval
2012 - Université catholique de Louvain
Schéma d ’un groupe thermique classique
turbine
alternateur
vapeur
électricité
condenseur
air +
combustible
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Doc. Electrabel
chaudière
à vapeur
eau
2012 - Université catholique de Louvain
Groupe thermique classique
turbine
alternateur
tour de
refroidissement
condenseur
chaudière
filtre
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Doc. Electrabel
2012 - Université catholique de Louvain
Centrale thermique classique
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Doc. Electrabel
2012 - Université catholique de Louvain
Groupe turbo-alternateur (4 pôles)
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Doc. Alstom
2012 - Université catholique de Louvain
Turbo-alternateur
Puissance : 500 MW, conducteurs creux refroidis à l ’hydrogène
Palier Balais Bagues Rotor Stator
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Doc. ACEC
Inducteur
Induit
Palier
2012 - Université catholique de Louvain
Centrales thermiques classiques en Belgique
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Doc. Electrabel
2012 - Université catholique de Louvain
Schéma d ’un groupe TGV
électricité
gaz
turbine
chambre de
combustion
alternateur
turbine
électricité
vapeur
alternateur
compresseur
air
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Doc. Electrabel
gaz
d’échappement
condenseur
chaudière
de
récupération eau
2012 - Université catholique de Louvain
Centrale Turbine Gaz Vapeur
turbine
transformateur
alternateur
alternateur
turbine à gaz
chaudière de
récupération
aérocondenseur
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Doc. Electrabel
2012 - Université catholique de Louvain
Groupe nucléaire à eau pressurisée (PWR)
générateur
de vapeur
électricité
turbine
réacteur
alternateur
circuit tertiaire
condenseur
circuit secondaire
circuit primaire
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Doc. Electrabel
2012 - Université catholique de Louvain
Centrale nucléaire
pressuriseur
turbine
alternateur
tour de
refroidissement
condenseur
réacteur
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Doc. Electrabel
générateur de
vapeur
2012 - Université catholique de Louvain
Réacteur nucléaire (Doel 2)
Mécanisme d ’actionnement
Couvercle
Tige de commande
Plaque de support
Tube guide
Colonne
Assemblage de combustible
Cuve du réacteur
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Doc. ACEC
2012 - Université catholique de Louvain
Générateur éolien
alternateur
ventilation
entraînement
pignon
d’orientation
aile
frein à disque
roulement du rotor
pylône
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Doc. Electrabel
2012 - Université catholique de Louvain
Installations éoliennes en Belgique
Zandvliet
Koksijde
Jabbeke
Veurne
Vitesse du vent à
50 m au-dessus du
sol (m/s)
Bütgenbach
8+
7-6
5
4-3-2
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Doc. Electrabel
2012 - Université catholique de Louvain
Convertisseurs directs
Générateur thermo-électrique
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Générateur thermo-ionique
2012 - Université catholique de Louvain
Parc de production électrique belge I (1998)
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Doc. Electrabel
2012 - Université catholique de Louvain
Parc de production électrique belge II (1998)
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Doc Electrabel
2012 - Université catholique de Louvain
Energies renouvelables en Belgique (1999)
centrale hydro-électrique
parc d’éoliennes
énergie solaire
biomasse
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Doc Electrabel
2012 - Université catholique de Louvain
Parc de production belge I (1999)
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Doc. Electrabel
2012 - Université catholique de Louvain
Parc de production belge II (1999)
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Doc. Electrabel
2012 - Université catholique de Louvain
Diagramme de la charge quotidienne (1997)
MW
12000
12000
8000
8000
4000
4000
00
38
Doc. Electrabel
6
12
18
24
heures
2012 - Université catholique de Louvain
Diagramme annuel de la charge (1997)
MW
12000
12000
10000
8000
8000
6000
4000
4000
2000
00
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Doc. Electrabel
52
semaine
2012 - Université catholique de Louvain
Coût annuel de production
unité de base et unité de pointe
EUR / an
unité de base
unité de
pointe
0
0
heures par an
Pour une comparaison plus complète, distinguer, outre les frais fixes, les coûts de
mise en route, maintien en fonctionnement et le coût marginal de l’énergie
produite.
2012 - Université catholique de Louvain
Production quotidienne d ’électricité (1997)
hydraulique
classique + TGV
nucléaire +
cogénération
MW
12000
12000
10000
10000
8000
8000
6000
6000
4000
4000
2000
2000
00
0
0
Doc. Electrabel
66
12
12
18
18
24 heures
24
2012 - Université catholique de Louvain
Parc de production par tranche d’âge (1999)
charbon
pétrole et gaz
nucléaire
hydraulique
années
>35
30-34
25-29
20-24
15-19
10-14
05-09
<4
0
Doc. Electrabel
1000
2000
3000
4000
MW
2012 - Université catholique de Louvain