Centrale thermique ou centrale électrique thermique
Qu'est-ce qu'une centrale thermique ?
Une centrale de production d'électricité thermique ou centrale thermique est la source conventionnelle la plus courante d'électricité. La centrale thermique est également appelée centrale thermique au charbon et centrale à turbine à vapeur.
Plongeons-nous dans le fonctionnement d'une centrale thermique.
Théorie de la centrale thermique
La théorie des centrales thermiques ou le fonctionnement des centrales thermiques est très simple. Une centrale de production d'électricité se compose principalement d'un alternateur qui fonctionne avec l'aide d'une turbine à vapeur. La vapeur est obtenue à partir de chaudières haute pression.
En général en Inde, le charbon bitumineux, le lignite et la tourbe sont utilisés comme combustible pour la chaudière. Le charbon bitumineux utilisé comme combustible de chaudière a une matière volatile comprise entre 8 et 33 % et un taux de cendres compris entre 5 et 16 %. Pour augmenter l'efficacité thermique, le charbon est utilisé sous forme de poudre dans la chaudière.
Dans une centrale thermique au charbon, la vapeur est produite sous haute pression dans la chaudière à vapeur en raison de la combustion du combustible (charbon pulvérisé) dans les foyers de la chaudière. Cette vapeur est ensuite surchauffée dans un surchauffeur.
Cette vapeur surchauffée entre ensuite dans la turbine et fait tourner les pales de la turbine. La turbine est mécaniquement couplée à un alternateur de telle sorte que son rotor tournera avec la rotation des pales de la turbine.
Après être entrée dans la turbine, la pression de la vapeur chute soudainement et le volume correspondant de la vapeur augmente.
Après avoir transmis de l'énergie au rotor de la turbine, la vapeur sort des pales de la turbine pour entrer dans le condenseur.
Dans le condenseur, l'eau froide est circulée à l'aide d'une pompe qui condense la vapeur humide basse pression.
Cette eau condensée est ensuite fournie à un chauffe-eau basse pression où la vapeur basse pression augmente la température de cette eau d'alimentation ; elle est à nouveau chauffée sous haute pression.
Pour une meilleure compréhension, nous détaillons chaque étape du fonctionnement d'une centrale thermique comme suit,
Tout d'abord, le charbon pulvérisé est brûlé dans le foyer de la chaudière à vapeur.
De la vapeur haute pression est produite dans la chaudière.
Cette vapeur est ensuite passée à travers le surchauffeur, où elle est encore plus chauffée.
Cette vapeur surchauffée entre ensuite dans une turbine à grande vitesse.
Dans la turbine, la force de la vapeur fait tourner les pales de la turbine, ce qui signifie que dans la turbine, l'énergie potentielle stockée de la vapeur haute pression est convertie en énergie mécanique.
Schéma de la centrale électrique
Après avoir fait tourner les pales de la turbine, la vapeur a perdu sa haute pression, sort des pales de la turbine et entre dans un condenseur.
Dans le condenseur, l'eau froide est circulée à l'aide d'une pompe qui condense la vapeur humide basse pression.
Cette eau condensée est ensuite fournie à un chauffe-eau basse pression où la vapeur basse pression augmente la température de cette eau d'alimentation, elle est ensuite à nouveau chauffée dans un chauffe-eau haute pression où la haute pression de la vapeur est utilisée pour le chauffage.
La turbine dans la centrale thermique agit comme moteur principal de l'alternateur.
Aperçu de la centrale thermique
Une centrale thermique typique fonctionne selon un cycle qui est montré ci-dessous.
Le fluide de travail est l'eau et la vapeur. Cela est appelé le cycle d'eau d'alimentation et de vapeur. Le cycle thermodynamique idéal auquel le fonctionnement d'une centrale thermique ressemble de près est le cycle de Rankine.
Dans une chaudière à vapeur, l'eau est chauffée par la combustion du combustible dans l'air dans le foyer, et la fonction de la chaudière est de fournir de la vapeur surchauffée sèche à la température requise. La vapeur ainsi produite est utilisée pour entraîner les turbines à vapeur.
Cette turbine est couplée à un générateur synchrone (généralement un alternateur triphasé synchrone), qui génère de l'énergie électrique.
La vapeur d'échappement de la turbine est autorisée à se condenser en eau dans le condenseur de vapeur de la turbine, ce qui crée une aspiration à très basse pression et permet l'expansion de la vapeur dans la turbine jusqu'à une très basse pression.
Les avantages principaux de l'opération de condensation sont l'augmentation de l'énergie extraite par kg de vapeur, ce qui augmente l'efficacité, et le condensat qui est réintroduit dans la chaudière réduit la quantité d'eau d'alimentation fraîche.
Le condensat, associé à une certaine quantité d'eau d'alimentation fraîche, est à nouveau alimenté dans la chaudière par une pompe (appelée pompe d'alimentation de la chaudière).
Dans le condenseur, la vapeur est condensée par de l'eau de refroidissement. L'eau de refroidissement est recyclée via la tour de refroidissement. Cela constitue un circuit d'eau de refroidissement.
L'air ambiant est admis dans la chaudière après filtration des poussières. De plus, les gaz de combustion sortent de la chaudière et sont évacués dans l'atmosphère par des cheminées. Ces éléments constituent les circuits d'air et de gaz de combustion.
Le flux d'air et la pression statique à l'intérieur de la chaudière à vapeur (appelée tirage) sont maintenus par deux ventilateurs appelés Ventilateur de Tirage Forcé (VTF) et Ventilateur de Tirage Induit (VTI).
Le schéma total d'une centrale thermique typique, y compris différents circuits, est illustré ci-dessous.
À l'intérieur de la chaudière, il existe divers échangeurs de chaleur, à savoir : Économiseur, Évaporateur (non représenté dans la figure ci-dessus, il s'agit essentiellement des tubes d'eau, c'est-à-dire le circuit descendant montant), Surchauffeur (parfois Réchauffeur, Préchauffeur d'air sont également présents).
Dans l'économiseur, l'eau d'alimentation est chauffée de manière considérable par la chaleur résiduelle des gaz de combustion.
Le tambour de la chaudière maintient une tête pour la circulation naturelle d'un mélange biphasé (vapeur + eau) à travers les tubes d'eau.
Il y a également un surchauffeur qui prend également de la chaleur des gaz de combustion et augmente la température de la vapeur selon les besoins.
L'efficacité de la centrale thermique
L'efficacité globale de la centrale thermique est définie comme le rapport de l'équivalent calorifique de la production électrique à la chaleur de combustion du charbon. L'efficacité globale d'une centrale thermique varie de 20% à 26% et elle dépend de la capacité de la centrale.
