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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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3. Turbines à vapeur
Les turbines à vapeur (TAV) employées dans les installations de cycle combiné ne sont pas différentes de celles qui équipent les autres installations de production d’énergie. Elles sont adaptées au niveau de puissance requis pour l’installation, mais leur technologie reste identique, à savoir qu’il est possible de trouver des machines à étages à action ou à réaction. L’une ou l’autre technique est spécifique du savoir-faire de chaque constructeur. La vitesse de rotation des turbines est liée à la puissance à évacuer. Les machines de forte puissance admettent un fort débit vapeur, ce qui nécessite une veine vapeur de grande section, donc des aubages de grand diamètre. Les contraintes liées à la vitesse de rotation sont telles qu’il a fallu réaliser des turbines « mi-vitesse » soit 1 500 tr/min au lieu des 3 000 tr/min, technologie des machines de plus petite taille. L’admission des turbines peut être également classée en deux familles, celles à injection totale et celles à injection partielle. Enfin, il est encore possible d’effectuer une distinction suivant que la turbine est à condensation ou à contre-pression.
3.1 Détente de la vapeur
Un rappel de la théorie de la production de travail dans une turbine à vapeur est utile afin de distinguer les deux techniques en présence (action ou réaction). L’architecture demeure identique, c’est-à-dire qu’un étage est composé d’un ensemble de distributeurs fixes et d’une roue mobile. L’association de plusieurs étages en série constitue la turbine. La détente de la vapeur dans la turbine peut être décrite comme suit.
Dans les distributeurs fixes, le premier principe permet d’établir la relation :
En considérant que la transformation est adiabatique, on néglige Q et le distributeur n’est pas le siège d’un travail mécanique, donc Wt = 0, ce qui permet d’écrire :
La variation d’enthalpie du fluide entre l’entrée et la sortie du distributeur...
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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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