Question to investigate: What are the main processes in the
What are the main processes in the water cycle that make it rain? Materials • Clear plastic container, such as a medium-size deli container • Water • Plastic wrap • Rubber band • Snack size zip-closing plastic bag • Ice cubes (2–3) Procedure 1 Pour room-temperature water into the clear plastic container so it is about ¼ full
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Centrales à cycle combiné compactes 2 de grandeur moyen- ne
centrales à cycle combiné atteignent des rendements compris entre 50 et 58 Pour les prochaines années, un rende-ment de 60 n’est nullement impossible Mais même avec un rendement de 58 , 42 de l’énergie thermique sont gaspillés Cette énergie est contenue dans la vapeur d’échappement Pourtant, si on utilise cette vapeur pour
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26Revue ABB 4/1997
epuis la construction de la première centrale à cycle combiné du monde parABB en 1956, l'histoire de cette technolo-
gie est marquée par le développement de turbines à gaz de plus en plus grandes qui admettent des températures de combus- tion constamment plus élevées pour ac- croître le rendement. Entre-temps, les centrales à cycle combiné atteignent des rendements compris entre 50 et 58%.Pour les prochaines années, un rende-
ment de 60% n'est nullement impossible.Mais même avec un rendement de
58%, 42% de l'é
nergie thermique sont gaspillés. Cette énergie est contenue dans la vapeur d'échappement. Pourtant, si on utilise cette vapeur pour la produc- tion de vapeur de processus destinée à des installations industrielles, ou de va- peur, resp. d'eau chaude pour des ré- seaux de chauffage à distance, on peut atteindre une utilisation du combustible d'env. 90%. Un exemple d'une telle possi- bilité d'application est donné par la cen- trale à cycle combiné avec couplage cha- leur-électricité construite par ABB pour les services industriels de la ville d'Ängelholmen Suède. En exploitation de chauffage, cette centrale atteint une utilisation du combustible de 87%. En cas de produc- tion unique d'électricité, cette installation de grandeur moyenne travaillerait avec un rendement net de 50% .Tandis que les centrales à cycle com-
biné avec couplage chaleur-électricité uti- lisent l'énergie contenue dans le combus- tible nettement mieux qu'une installation utilisée uniquement pour la production de courant, l'avantage de rendement d'une grande centrale à cycle combiné est relati- vement modeste par rapport à une instal- lation de grandeur moyenne. Etant donné que la chaleur ne peut pas être transpor- tée sur de grandes distances, il est sou- vent plus économique de construire plu- sieurs petites centrales à cycle combin proximité des consommateurs de chaleur,1 en lieu et place d'une grande installation centrale, telle qu'elle serait judicieuse pour la production unique de courant électrique [1].Il s'agissait là d'un aspect important
lors de l'adaptation de cette technologie, dont on admettait autrefois qu'elle conve- nait essentiellement à de grandes turbinesà gaz et à vapeur. Au cours des dix der-
nières années, l'utilisation de centrales à cycle combiné de grandeur moyenne de la gamme de puissance de 20 à 50 MW a pourtant pris un très grand essor.Production décentralisée
d'énergieLa production combinée de chaleur et
d'électricité n'est pourtant pas la seule raison de l'utilisation accrue de petites centrales à cycle combiné. Un rôle émi- nent est au contraire joué par la libéralisa- tion actuelle du secteur de l'énergie. Celle-ci a créé de nouvelles possibilités pour la production décentralisée privée de courant électrique.La libéralisation a permis aux grands
consommateurs d'électricité industrielle de réaliser des économies de coûts consi-
dérables par la construction de centrales à cycle combiné à couplage chaleur-élec- tricité, ou uniquement pour la production d'électricité. Pour les secteurs industrielsà grand besoin de chaleur, tels que les in-
dustries papetières, pétrochimiques et chimiques, des centrales de chauffage propres sont avantageuses. Même dans les cas où le besoin de chaleur est supé- rieur au besoin de courant, il est indiqué de considérer une capacité de production d'électricité relativement grande, vu qu' on peut raccourcir sensiblement la durée d'amortissement avec les recettes de l'énergie électrique excédentaire.ABB a construit des centrales de
chauffage pour des raffineries de pétrole du monde entier. Dans la centrale d'une raffinerie à Corinthe, Grèce, les gaz d'échappement s'utilisent par exemple pour produire de la vapeur de processus et de l'énergie électrique. L'énergie électri- que excédentaire y est alimentée dans le réseau public .Les conditions créées par les nouvelles
réglementations légales ont provoqué une profonde modification structurelle de l'économie électrique. C'est ainsi que des entreprises autrefois actives uniquement à3 2CENTRALES À CYCLE COMBINÉ
Bo Svensson
ABB STAL AB
DCentrales à cycle
combiné compactes de grandeur moyen- ne pour le couplage chaleur-électricité Les centrales à cycle combiné atteignent aujourd'hui des rendements compris entre 50 et 58% et une utilisation du combustible de presque90% en cas de production combinée de chaleur et d'électricité. En outre,
elles se distinguent par des frais d'investissement bas et une durée de construction courte. Ces excellentes caractéristiques rendent les installa- tions à cycle combiné de grandeur moyenne très intéressantes pour la fourniture décentralisée de courant et de chaleur. Le composant central de ces installations est formé de la turbine à gaz GT10, une turbine à gaz industrielle robuste et légère, d'une puissance de 25 MW. Au cours des dernières années, cette turbine s'est avancée à la pointe du marché dans la gamme des puissances moyennes.Revue ABB 4/199727
titre de distributeurs de courant électrique, dont en particulier les services industriels citadins, se mettent de plus en plus sou- vent à produire elles-mêmes du courant dans des installations relativement petites. l'entreprise d'électricité publique Tekniska stad chauffée avec des ordures ménagè- res en une centrale à cycle combiné avec couplage chaleur-électricité . Lorsque l'installation avait été construite au début des années 80 pour les Tekniska Verken, l'intérêt économique de la production pro- pre d'électricité n'était que faible, de sorte qu'on avait renoncé à l'implantation d'une turbine à vapeur. Après l'installation d'une turbine à gaz et d'une turbine à vapeur, la puissance thermique de l'installation a passé de 73 à 83 MW et on dispose en complément d'une puissance électrique de 49 MW. En raison du prix actuellement élevé de l'électricité en Suède, ce rééqui- pement s'amortit rapidement.Les grandes centrales ont aussi déve-
loppé de nouvelles stratégies, afin de res- ter concurrentielles sous ces nouvelles 4 conditions. Certaines entreprises d'électri- cité sont devenues des prestataires de service dans le secteur de l'énergie. C'est ainsi que l'entreprise d'électricité néerlan- daise PNEMa fait construire récemment par ABB trois centrales à cycle combiné pour la production combinée de chaleur et d'électricité . Par des contrats de lon- gue durée, ces centrales alimentent en chaleur de processus la brasserie Heine- 5 ken à Hertogenbosch, une usine PhilipMorris à Bergen-op-Zoom et une usine
d'engrais artificiel à Helmond.En 1996, ABB a remis à la société
GasEdon Emmen, une entreprise commu-
nautaire des sociétés néerlandaises Gas- unieet Edon, une centrale à cycle com- biné avec couplage chaleur-électricité pour sa centrale Erica et une autre pour sa centrale Klazienaveen. La chaleur ali- mente des serres horticoles. L'exploitationéconomique de telles installations présup-
pose la proximité de grands clients pre- neurs de chaleur, resp. de vapeur de pro- cessus.Un autre aspect important réside dans
l'intérêt croissant pour l'alimentation dé- centralisée en énergie, spécialement sur le marché libéralisé des Etats-Unis.L'avantage principal provient du fait que
les grands investissements pour le trans- port de l'énergie sont supprimés et que les pertes de transport sont réduites.Même sans couplage chaleur-électricité,
les centrales à cycle combiné de grandeur moyenne offrent des avantages aux entreprises d'électricité. Les frais de construction sont relativement bas et les centrales admettent une exploitation très flexible. Elles peuvent être exploitées avec différents combustibles et se distin- guent par des temps de mise en service courts.La tendance vers la production décen-
tralisée d'électricité avec couplage cha- leur-électricité a conduit à une demande croissante en faveur de centrales à cycle combiné de grandeur moyenne. On peut prévoir que par la poursuite du dévelop- pement de la technologie et du marché, Centrale à cycle combiné GT10 à Ängelholm, Suède1 Concept d'une centrale à cycle combiné avec production combiné de chaleur et d'électricité2 100%FuelWaste-heat
recovery unit33%15%
Steam turbine
11%80°C
41%55°C
Gas turbine
CENTRALES À CYCLE COMBINÉ
28Revue ABB 4/1997
d'autres possibilités d'application se pré- senteront, par exemple sur des îles ou de grandes plates-formes offshore, ainsi que sur des navires de croisière et des navires marchands à entraînement principal élec- trique.La turbine à gaz GT10
Toutes les centrales à cycle combiné avec
couplage chaleur-électricité mentionnées ci-dessus possèdent une turbine à gazGT10 comme pièce maîtresse. Au cours
des dernières années, cette turbine s'est avancée au rang de leader du marché. La GT10 est une turbine à gaz industrielle, lé- gère et robuste, d'une puissance de 25MW et d'un rendement de 34% en circuit
ouvert. En exploitation combinée, le ren- dement se situe un peu au-dessus de50%. Elle utilise le système de brûleurs
Low-NO
x travaillant à sec développé parABB. Ces brûleurs fournissent 25 ppm en
vol. de NO xà 15% de O
2 , ainsi que de fai- bles émissions de CO et d'hydrocarbures imbrûlés.A cause de son exécution robuste, la
turbine GT10 convient à des durées de service permanentes prolongées. Grâce Centrale avec production combinée de chaleur et d'électricité dans une raffinerie de Corinthe, Grèce, équipée de deux turbogroupes à gaz GT353d'une installation à cycle combiné équipée d'une turbine à gaz GT10 dans l'installation d'incinération d'ordures ménagères.4
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