Comment l'électricité est produite dans une centrale thermique (CHP)

Les centrales thermiques sont divisées en stations :

• selon le type de moteur de propulsion — turbine à vapeur, turbine à gaz, avec moteurs à combustion interne ;

• par type de combustible - avec combustible organique solide (charbon, bois de chauffage, tourbe), combustible liquide (pétrole, essence, kérosène, carburant diesel), fonctionnant au gaz.

Dans les centrales thermiques, l'énergie du combustible brûlé est convertie en énergie thermique, qui est utilisée pour chauffer l'eau de la chaudière et produire de la vapeur. L'énergie de la vapeur entraîne une turbine à vapeur reliée à un générateur.

Les centrales thermiques dans lesquelles la vapeur est entièrement utilisée pour produire de l'électricité sont appelées centrales à condensation (CES). Les IES puissants sont situés à proximité des zones de production de carburant, éloignés des consommateurs d'électricité, l'électricité est donc transmise à haute tension (220 - 750 kV). Les centrales électriques sont construites en blocs.

Les centrales de cogénération ou les centrales de production combinée de chaleur et d'électricité (CHP) sont largement utilisées dans les villes.Dans ces centrales, la vapeur partiellement évacuée dans la turbine est utilisée pour les besoins technologiques, ainsi que pour le chauffage et l'eau chaude sanitaire dans les services résidentiels et communaux. La production simultanée d'électricité et de chaleur réduit le coût de fourniture d'électricité et de chaleur par rapport à la production séparée d'électricité et de chaleur.

Les centrales thermiques utilisent la chaleur générée par la combustion de combustibles fossiles tels que le pétrole, le gaz, le charbon ou le mazout pour produire de grandes quantités de vapeur à haute pression à partir de l'eau. Comme vous pouvez le voir, la vapeur ici, bien qu'elle agisse comme un liquide de refroidissement depuis l'âge des machines à vapeur, est toujours parfaitement capable de faire tourner un turbogénérateur.

La vapeur de la chaudière est acheminée vers une turbine, avec un arbre relié à un générateur de courant alternatif triphasé. L'énergie mécanique de la rotation de la turbine est convertie en énergie électrique du générateur et transmise aux consommateurs à la tension du générateur ou à la tension élévatrice via des transformateurs élévateurs.

La pression de la vapeur fournie dans la turbine est d'environ 23,5 MPa, tandis que sa température peut atteindre 560 ° C. Et l'eau est utilisée dans une centrale thermique précisément parce qu'elle est chauffée par le combustible organique fossile typique de ces centrales, dont les réserves sont dans les profondeurs de notre planète sont encore assez grandes, même si elles donnent un énorme moins sous la forme d'émissions nocives qui polluent l'environnement.

Ainsi, le rotor tournant de la turbine est ici relié à l'induit d'un turbo-alternateur d'une puissance colossale (plusieurs mégawatts) qui génère finalement de l'électricité dans cette centrale thermique.

En termes d'efficacité énergétique, les centrales thermiques sont généralement telles que la conversion de la chaleur en électricité s'y réalise avec un rendement d'environ 40%, alors qu'une très grande quantité de chaleur dans le pire des cas est simplement rejetée dans l'environnement et dans le pire - dans le meilleur des cas, il est immédiatement fourni au chauffage et à l'eau chaude, l'alimentation en eau des consommateurs à proximité. Ainsi, si la chaleur dégagée dans une centrale électrique est immédiatement utilisée pour l'approvisionnement en chaleur, le rendement d'une telle centrale atteint généralement 80% et la centrale est appelée centrale de cogénération ou TPP.

La turbine génératrice la plus courante d'une centrale thermique comporte sur son arbre une pluralité de roues à aubes espacées en deux groupes distincts. La vapeur sous la pression la plus élevée, celle qui est évacuée de la chaudière, entre immédiatement dans le circuit d'écoulement du groupe électrogène, où elle fait tourner le premier ensemble de roues à aubes. De plus, la même vapeur est encore chauffée dans un réchauffeur à vapeur, après quoi elle entre dans le deuxième groupe de roues fonctionnant à une pression de vapeur inférieure.

En conséquence, la turbine, reliée directement au rotor du générateur, fait 50 tours par seconde (le champ magnétique de l'induit, qui traverse l'enroulement du stator du générateur, tourne également à la fréquence correspondante). Pour éviter que le générateur ne surchauffe pendant le fonctionnement, la station dispose d'un système de refroidissement du générateur qui l'empêche de surchauffer.

Un brûleur est installé à l'intérieur de la chaudière d'une centrale thermique, sur laquelle le combustible est brûlé, formant une flamme à haute température. Par exemple, la poussière de charbon peut être brûlée avec de l'oxygène.La flamme couvre une grande surface d'un tuyau avec une configuration complexe avec de l'eau qui le traverse, qui, lorsqu'elle est chauffée, devient de la vapeur s'échappant vers l'extérieur sous haute pression.

La vapeur d'eau sortant sous haute pression est acheminée vers les pales de la turbine, lui transférant son énergie mécanique. La turbine tourne et l'énergie mécanique est convertie en énergie électrique. Surmontant le système d'aubes de turbine, la vapeur est dirigée vers le condenseur, où, tombant sur les tuyaux avec de l'eau froide, elle se condense, c'est-à-dire qu'elle redevient liquide - de l'eau. Une telle centrale thermique est appelée centrale à condensation (CES).

Les centrales de production combinée de chaleur et d'électricité (CHP), contrairement aux centrales à condensation (CES), contiennent un système permettant d'extraire la chaleur de la vapeur après qu'elle a traversé la turbine et déjà contribué à la production d'électricité.

La vapeur est prélevée avec différents paramètres, qui dépendent du type de turbine particulière, et la quantité de vapeur prélevée de la turbine est également régulée. La vapeur prélevée pour générer de la chaleur est condensée dans les chaudières du réseau, où elle cède son énergie à l'eau du réseau, et l'eau est pompée vers les chaudières d'eau chaude de pointe et les points de chauffage. De plus, l'eau est fournie au système de chauffage.

Si nécessaire, l'extraction de la chaleur de la vapeur dans la centrale thermique peut être complètement désactivée, la centrale de production combinée de chaleur et d'électricité deviendra alors un simple IES. Ainsi, la centrale thermique peut fonctionner selon deux modes : en mode thermique — lorsque la priorité est à la production de chaleur, ou en mode électrique — lorsque la priorité est à l'électricité, par exemple en été.