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Auteur(s)
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Michel KLAEYLÉ : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure de Chimie de Lille (ENSCL) - Docteur en chimie de la combustion - Ingénieur du groupe « techniques de combustion propre » à Électricité de France, Centre National d’Équipement Thermique
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Férid NANDJEE : Ingénieur de l’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA) - Responsable du groupe « turbines à combustion, diesels, cycles combinés » à EDF, Centre National d’Équipement Thermique
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Lire l’articleINTRODUCTION
La production thermique d’énergie électrique doit répondre simultanément aux impératifs économiques et à des critères liés à la protection de l’environnement de plus en plus stricts. Les cycles combinés alimentés au gaz naturel ou au fuel permettent de très bons rendements énergétiques (nettement supérieurs à 50 %) et des émissions polluantes très faibles, mais consomment des combustibles dont les réserves estimées sont faibles et dont le coût est incertain à long terme.
Au contraire, les très abondantes réserves de charbon dispersées à travers le monde et leur coût plus avantageux permettent, à long terme, d’envisager l’utilisation du charbon pour la production d’énergie électrique. Les filières classiques de combustion du charbon présentent généralement des performances moyennes en matière de rendement et de protection de l’environnement ou nécessitent des équipements annexes (désulfuration des fumées, …).
La gazéification intégrée à un cycle combiné (GICC, ou en anglais IGCC : integrated gasification combined cycle) permet de transformer le charbon en un combustible propre et utilisable par un cycle combiné, au lieu de le brûler directement. Cette technologie permet de bénéficier des avantages intrinsèques des cycles combinés au gaz, mais à partir d’un combustible moins noble : quasiment tous les charbons, la biomasse, les cokes de pétrole, les combustibles à haute viscosité (CHV), l’orimulsion, etc. En particulier, l’IGCC permet de brûler des combustibles de qualité moindre (forte teneur en soufre, en chlore ou en cendres) en respectant, sans installation complémentaire, les normes, actuelles et en préparation, relatives aux limitations des émissions de polluants.
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1. Concept de base
Le développement de l’IGCC est lié au développement important des principaux éléments constitutifs d’une centrale IGCC au cours des dernières années, principalement les turbines à combustion et les gazéifieurs.
Dans la technologie IGCC, le gaz de synthèse obtenu par la gazéification d’un combustible solide, visqueux ou liquide est purifié afin d’éliminer notamment les poussières et les composés soufrés, avant d’être brûlé dans une turbine à combustion pour produire de l’électricité. Une chaudière permet de récupérer une partie de la chaleur sensible des fumées en produisant de la vapeur. Celle-ci permet de produire de l’électricité additionnelle par une turbine à vapeur.
La filière IGCC présente une multiplicité de variantes. Elles s’expriment notamment au niveau du fonctionnement du gazéifieur (à lit fixe, fluidisé ou entraîné), mais aussi par l’oxydant utilisé (air ou oxygène) et les systèmes d’épuration du gaz. Par ailleurs, la technologie IGCC se caractérise par une intégration, plus ou moins importante, des divers éléments permettant de limiter les consommations d’auxiliaires et d’améliorer les performances globales de la tranche.
Une centrale IGCC est constituée principalement par (figure 1) :
-
le cycle combiné ;
-
le gazéifieur et les systèmes d’épuration du gaz de synthèse ;
-
les auxiliaires, notamment l’unité de séparation d’air pour les IGCC fonctionnant à l’oxygène.
1.1 Cycle combiné
Les équipements nécessaires aux cycles combinés alimentés au gaz de charbon sont identiques à ceux alimentés au gaz naturel ou autres combustibles (figure 2) :
-
une (ou éventuellement plusieurs) turbine(s) à combustion ;
-
une (ou éventuellement plusieurs) chaudière(s) de récupération pour la génération de vapeur ;
-
une turbine à vapeur éventuellement commune à plusieurs chaudières de récupération ;
-
un condenseur avec sa source froide et un poste d’eau constitué de pompes d’extraction, de bâche alimentaire...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GEOSITS (R.F.), MOHAMMAD-ZADEH (Y.), BLAMIRE (D.K.), GRANATSTEIN (D.L.) - Évaluation de l’intégration du CCIGC. - 240 p., Association canadienne de l’Électricité, sept. 1994.
-
(2) - RUBY (J.), PETCHTL (P.), WESTSIK (J.) - Recueil de données techniques ACE sur les cycles de production d’énergie améliorés, volume III : Production d’électricité en cycle combiné à la gazéification du charbon. - 98 p., 26 tabl., 41 fig., Association canadienne de l’Électricité.
-
(3) - SENDIN (U.), SCHELLBERG (W.), EMSPERGER (W.), BERNAL (D.) - The Puertollano IGCC project, a 335 MW demonstration power plant for the electricity companies in Europe (Le projet IGCC de Puertollano, une centrale thermique de 335 MW pour les compagnies d’électricité européennes). - 13o EPRI Conference on gasification power plants, 7 tabl., 12 fig., Electric Power Research Institute, États-Unis, 19-21 oct. 1994.
-
(4) - JUDKINS (R.R.), STINTON (D.P.), DE VAN (H.J.) - A review of the efficacy of silicon carbide hot gas filters in coal gasification and pressurized fluidized bed combustion environments (Une revue de l’efficacité des filtres en carbure de silicium dans des environnements de gazéification du charbon et de combustion en lit fluidisé sous...
1 Constructeurs (listes non exhaustive)
La construction d’une centrale IGCC fait généralement appel à trois constructeurs, un pour chacun des principaux îlots : gazéifieur, cycle combiné, unité de séparation d’air. Les tableaux 1, 2 et 3 rassemblent les principaux construteurs connus dans le monde pour les gazéifieurs, les unités de séparation d’air et les cycles combinés.
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Le tableau 4 présente les principaux exploitants des centrales IGCC de taille industrielle existantes ou en construction à travers le monde. Cette liste est susceptible de s’allonger dans un proche avenir, car toutes les sociétés d’électricité sont susceptibles de s’équiper de centrales IGCC, puisque cette filière fait partie des technologies de combustion propre du charbon.
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