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RÉSUMÉ
Cet article décrit en détail tous les éléments composant une centrale à cycle combiné, depuis les turbines à combustion jusqu'à la composition de la source froide d’une telle installation. Pour chaque élément, les différentes technologies existantes sont présentées, en mettant en avant les évolutions récentes qui ont permis des augmentations de rendement intéressantes.
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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
Tous les composants qui peuvent être requis pour constituer une centrale à cycle combiné sont décrits dans cet article. La turbine à combustion, elle-même composée de plusieurs matériels, fait l’objet d’une présentation globale et également détaillée en présentant lesdits matériels. La présentation s’étend jusqu’à la composition de la source froide d’une telle installation.
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2. Chaudières de récupération
À la conception, les gains de performances sur les centrales à cycle combiné se font principalement sur le cycle eau-vapeur. Pour un niveau de puissance requis, le choix du cycle gaz aboutit souvent aux mêmes machines (turbine à combustion standardisée), d’où l’importance du cycle vapeur afin de départager les solutions.
Ce cycle correspond au cycle de Hirn.
2.1 Présentation générale
La chaudière de récupération est l’élément du cycle combiné qui fait le lien entre le cycle gaz et le cycle eau-vapeur. L’amélioration des performances des cycles combinés est certes liée aux progrès technologiques des turbines à combustion et des turbines à vapeur, mais aussi aux développements des chaudières (augmentation de l’énergie récupérée dans les gaz d’échappement des turbines à combustion, positionnement des échangeurs de chaleur plus complexe, résistance des matériaux…).
En principe, les chaudières de récupération ne sont pas le lieu d’une combustion, mais dans certains cas une rampe de postcombustion peut être ajoutée afin de renforcer les performances du cycle eau-vapeur lorsque la turbine à combustion voit ses performances se dégrader au cours des années.
Les chaudières de récupération sont un assemblage d’échangeurs dont le nombre et l’arrangement dépendent de la puissance à transmettre. Indépendamment de la configuration de la chaudière, on distingue deux catégories en fonction de l’arrangement des échangeurs qui est soit vertical, soit horizontal.
Un autre différenciation est possible selon que la circulation est assistée ou naturelle.
Le choix du nombre de niveaux de pression est une conséquence directe de la turbine à combustion qui a été retenue en amont. Le nombre des niveaux de pression est relativement aisé à deviner sur une installation ; il suffit de compter le nombre de ballons dont dispose la chaudière. Les flux massiques et thermiques des fumées guident cette option. Les dénominations usuelles sont :
-
chaudière à un niveau (1P) ;
-
chaudière à deux niveaux (2P) ;
-
chaudière à trois niveaux (3P) ;
-
chaudière avec ou sans resurchauffe (RS), avec ou sans postcombustion.
Il est possible d’associer ces configurations...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - LALLEMAND (A.) - Machines thermiques. - INSA Lyon, Département de génie énergétique, 4e année (1991).
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(2) - VIVIER (L.) - Turbines à vapeur et à gaz. - Édition Albin Michel.
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(3) - FAMENT (L.), ABELS (JP.) - Les centrales à cycle combiné gaz-vapeur. - Revue ACEC, no 3-4 (1973).
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(4) - HUBERT (J.), GÉRARD (C.) - Application de la turbine à gaz aux cycles combinés. - Annale des Mines, avr. 1979.
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(5) - COLISOMO (D.) - Combined cycles which improved efficiency. - Mechanical technology incorporated. Latham New York.
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(6) - PAREN (J.), PARIETTI (C.) - Centrales à cycles combinés VEGA 109F. 3 pressions resurchauffe. - Revue technique GEC ALSTOM, no 4 (1991).
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