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RÉSUMÉ
Cet article présente sous un aspect théorique les centrales à cycle combiné, en détaillant la spécificité de l’association de deux cycles thermodynamiques. Les évolutions sur les turbines à combustion permettent un gain de rendement et une augmentation de capacité qui ont remis ces équipements au goût du jour. L'article se termine sur une présentation des configurations possibles, avec des considérations techniques et économiques.
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Jean-Marie MONTEIL : Ingénieur de l’école EDF-GDF - Ingénieur DPE - grade de Mastère - Ingénieur au Service études et projets thermiques et nucléaires
INTRODUCTION
Cet article ne présente pas une installation de centrale à cycle combiné en particulier, mais propose une découverte générale de cette filière de production d’énergie. Après quelques définitions, les aspects théoriques sont abordés afin de présenter la spécificité de l’association de deux cycles thermodynamiques (cycle de Joule et de Hirn). Le concept de centrale à cycle combiné n’est pas nouveau, mais les développements récents en matière de turbine à combustion ont généré des gains de rendement et des augmentations de puissance unitaire qui ont suscité des regains d’intérêt pour cette filière. Les précisions nécessaires à la compréhension de ces évolutions sont ensuite présentées notamment sur les plans de la théorie, de la technologie et de l’environnement. L’engouement pour ces installations peut également s’expliquer par leur aspect modulaire, c’est pourquoi les différentes configurations envisageables sont enfin abordées, ainsi que les critères de choix et d’insertion dans un parc d’exploitation. Les critères économiques, sur lesquels se fondent les choix en matière d’investissement au niveau d’un pays, sont aussi détaillés.
L’étude complète du sujet comprend les articles :
— BE 8 905 « Centrale à cycle combiné. Théorie, performances, modularité » (le présent article);
« Centrale à cycle combiné. Composants potentiels » ;
« Centrale à cycle combiné. Fonctionnement, exploitation, exemple ».
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3. Évolution des performances
3.1 Justifications théoriques
L’accroissement régulier des performances des turbines à combustion résulte des gains technologiques enregistrés sur les matériaux et le refroidissement des parois. Ils permettent d’obtenir des taux de compression et des températures d’entrée des gaz dans la turbine de plus en plus élevés. En se référant à la figure 2, il est possible de visualiser l’impact positif du relèvement de ces paramètres sur les performances globales des machines. En effet, l’augmentation du taux de compression du compresseur permet de faire progresser le point 2 (figure 2) vers une température d’air supérieure avant la combustion. Cela, combiné à une température de combustion relevée, grâce à des matériaux spéciaux et une technologie de protection adaptée, autorise un gain sur le point 3 (figure 2) qui représente le point initial de détente des gaz chauds dans la turbine. L’échappement, quant à lui, s’effectue toujours à la pression atmosphérique (point 4, figure 2), le gain de puissance a été réalisé grâce à l’augmentation de l’enthalpie du fluide en entrée de la turbine.
Les paragraphes suivants détaillent les évolutions potentielles de rendement d’une turbine à combustion en fonction des paramètres essentiels :
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - COLISOMO (D.) - Combined cycles which improved efficiency. - Mechanical technology incorporated. Latham New York.
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(2) - HARMEL (L.) - Cycles combinés à haut rendement. Les équipements de la partie vapeur. - Revue M Tijdschrift, vol. 24, no 4.
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(3) - PAREN (J.), PARIETTI (C.) - * - Centrales à cycles combinés VEGA 109F. 3 pressions resurchauffe. Revue technique GEC ALSTOM no 4 (1991).
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(4) - LALLEMAND (A. & M.) - Thermodynamique générale. - INSA Lyon, Département de génie énergétique, 3e année (1991).
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(5) - VIVIER (L.) - Turbines à vapeur et à gaz. - Édition Albin Michel.
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(6) - Les actions d’EDF pour l’environnement. - VERT Électrique hors série, no 1, oct. 1998.
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