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RÉSUMÉ
Cet article est consacré à la production d’électricité par des turbines couramment appelées « turbines à gaz », car alimentées par des gaz issus d’une combustion. Sont abordés tout à tour le cycle thermodynamique de ces turbines, le rendement de leurs composants et leurs évolutions technologiques. L’étude de leur impact environnemental n’est pas oubliée, ainsi que leur sûreté de fonctionnement et l’endommagement de leurs pièces.
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Jacques MAUNAND : Expert Turbine à Gaz chez EDF R&D
INTRODUCTION
D’un point de vue terminologique, la dénomination officielle des turbines à gaz est en français « turbines à combustion » dont l’abréviation est TAC. La dénomination scientifiquement exacte est « turbine à gaz de combustion » puisque ce sont les gaz issus d’une combustion qui fournissent l’énergie à la turbine. Il est donc compréhensible qu’une turbine à gaz puisse être alimentée avec des combustibles liquides. Dans cet article sont employées la dénomination d’usage courant « turbine à gaz » et l’abréviation « TAC » pour désigner cette technologie.
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3. Environnement et sa maîtrise
3.1 Émissions polluantes
Les émissions polluantes doivent répondre à des réglementations locales ou nationales qui peuvent évoluer suivant les avancées technologiques en imposant la « Best Available Technology » ou BAT.
Les polluants qui font l’objet d’une réglementation sont le monoxyde de carbone CO, les oxydes d’azote regroupés sous le nom de NO x , les oxydes de soufre SO2 . Non directement réglementés, mais toujours surveillés par les constructeurs, sont également pris en compte les poussières noires de carbone qui rendent visible le panache des fumées et les hydrocarbures imbrûlés (HC) qui souvent accompagnent les fortes émissions de CO. L’effet de serre qui explique le réchauffement climatique conduit à limiter les émissions de dioxyde de carbone par des permis d’émissions (attention aux fuites de méthane, gaz qui a pouvoir d’effet de serre 20 fois supérieur au CO2). Enfin, les émissions de produit cancérigène comme certains hydrocarbures polyaromatiques (HAP) ou les micropoussières sont en cours d’étude d’impact.
Si les niveaux sont réglementés localement, les modes de mesures des polluants font l’objet de la norme ISO 11042. En plus, l’ISO 3977 « spécifications pour l’acquisition de turbine à gaz » consacre sa partie 4 aux carburants et à l’environnement : le partage des rôles est que l’opérateur de la turbine à gaz spécifie le carburant et le constructeur garantit les émissions polluantes avec ce carburant.
La présence de monoxyde de carbone CO et d’hydrocarbures imbrûlés est le résultat d’une combustion incomplète et donc devient important lors des démarrages et à très faible puissance. Un temps de séjour important en zone pilote (ou flamme de diffusion), une bonne homogénéité de la répartition du combustible dans l’air évitant la sur-stœchiométrie et l’absence de piégeage des produits de combustion dans de l’air froid sont les points qui permettent de réduire ces émissions. Notons qu’une des formes approchées du rendement de combustion est :
Comme la concentration en CO est de l’ordre de...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GIRAUD (M.), SILET (J.) - Turbines à gaz aéronautiques et terrestres. - B 4 410 Machines hydrauliques et thermiques, nov. 1992.
-
(2) - LORANCHET (Y.) - Mise en œuvre des turbines à gaz dans l’industrie. - B 4 425 Machines hydrauliques et thermiques, nov. 1992.
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(3) - GE Gas turbine Design Philosophy. - GER 3434 D. http://www.gepower.com
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(4) - GE Gas Turbine performance Characteristics. - GER 3567 H. http://www.gepower.com
-
(5) - Heavy Duty gas Turbine Operating and maintenance Considerations. - GER 3620 J. http://www.gepower.com
-
(6) - * - http://www.sudoc.abes.fr
-
...
NORMES
-
Turbine à gaz – Essais de réception - ISO 2314 - 1989
-
- ISO 2314 - 1989/Cor 1 : 1997
-
pour des installations de puissance à cycle combiné - ISO 2314 - 1989/Amd 1 : 1997
-
Turbines à gaz – Spécifications pour l’acquisition – Partie 1 : Introductions générales et définitions - ISO 3977-1 - 1997
-
Turbines à gaz – Spécifications pour l’acquisition – Partie 2 : Conditions normales de référence et caractéristiques - ISO 3977-2 - 1997
-
Turbines à gaz – Spécifications pour l’acquisition – Partie 3 : Exigences de conception - ISO 3977-3 - 2004
-
Turbines à gaz – Spécifications pour l’acquisition – Partie 4 : Carburants et environnement - ISO 3977-4 - 2002
-
...
ANNEXES
ORAP basée créée par l’EPRI (Electric Power Research Institute http://www.epri.com gérée par SPS (Strategic Power System. Inc) http://www.spsinc.com
NERC North American Electric Rehability Concil http://www.nerc.com
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