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Auteur(s)
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Claude LÉVY : Ingénieur de l’École centrale de Paris - Ingénieur conseil en thermique et en énergétique
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Lire l’articleINTRODUCTION
Toute production d’énergie mécanique et par suite électrique, à partir d’un combustible quelconque, se fait avec dégagement de chaleur vers une source froide. La cogénération consiste à utiliser cette chaleur plutôt que de la perdre à l’atmosphère. La cogénération permet donc des économies d’énergie et, consécutivement, une réduction des coûts globaux des énergies produites.
La cogénération englobe toute une série de procédés (dénommés aussi cycles, filières ou systèmes) dont certains font appel à des techniques complexes. Elle s’applique à de très nombreux cas d’utilisations tant dans l’industrie qu’en génie climatique. Elle s’étend sur une très grande échelle de puissance électrique : de la dizaine de kilowatts pour les petits moteurs alternatifs à plus de 50 MW dans les grandes centrales thermoélectriques de chauffage urbain ou d’usine. Sa connaissance intègre une vaste gamme de techniques.
Le but principal de la cogénération est économique, aussi son étude doit‐elle montrer :
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comment on peut la mettre en œuvre (technologie) ;
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comment elle peut être financièrement rentable.
À cet effet, ce sujet fait l’objet de trois articles :
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les techniques de cogénération, traitées dans ce texte, décrivent les différents matériels et les principes courants et présentent les schémas d’installation en donnant leurs performances ;
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la cogénération dans l’industrie ;
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la cogénération en génie climatique.
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3. Chaudière plus turbine à vapeur
3.1 Généralités
C’est le système le plus ancien et le plus répandu : plusieurs centaines d’installations en France, principalement dans l’industrie où se rencontrent des besoins de force motrice et de vapeur pour le process. On en trouve aussi une cinquantaine dans les centrales de chauffage urbain (CU), dont environ 30 en UIOM brûlant des déchets, le reste en chaufferies classiques brûlant du charbon ou du fuel.
Deux principaux schémas sont rencontrés pour la production de chaleur :
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dans l’industrie, on utilise directement la vapeur de contrepression (figure 2) ;
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dans le tertiaire (chauffage urbain par exemple), on utilise plus couramment de l’eau surchauffée (figure 3).
Les retours d’ES passent dans un échangeur faisant office de condenseur : ils s’y réchauffent puis vont ensuite alimenter les autres générateurs de la chaufferie ou directement le réseau de distribution.
L’avantage essentiel du système est qu’il peut brûler toute sorte de combustible. Ses inconvénients sont sa lourdeur, sa complexité et le coût élevé de l’équipement. Quelle que soit la taille, il impose une véritable centrale thermique, intégrant de nombreux procédés et des appareils de haute technicité qui demandent un personnel compétent et spécialisé pour la conduite.
En revanche, les matériels spécifiques, bien connus et construits depuis de nombreuses décennies, sont en général très fiables et durables. Beaucoup de centrales industrielles françaises ont actuellement plus de 40 ans et sont toujours en service.
HAUT DE PAGE3.2 Performances du système
La production d’électricité va dépendre de plusieurs facteurs et principalement :
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du débit de vapeur turbiné ;
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de la contrepression de la vapeur à la sortie de la turbine ;
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des caractéristiques, pression et température de la vapeur à l’admission ;
-
du rendement isentropique de la turbine.
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