Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Il est annoncé que les centrales thermiques à combustibles fossiles couvriront encore en grande partie nos besoins énergétiques mondiaux pour la décennie à venir. Ces centrales sont anciennes, et leur réhabilitation s’impose afin d’améliorer leurs performances, notamment leurs rendements. L’utilisation des turbines à gaz pourrait répondre à cette problématique. Cet article présente les différents couplages possibles entre une turbine à gaz et un cycle de vapeur existant. Ces différents cycles combinés sont détaillés avec principe et aspects techniques.
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Lire l’articleAuteur(s)
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George DARIÉ : Docteur spécialisé en centrales thermiques - Maître de conférences à l’Université polytechnique de Bucarest
INTRODUCTION
Les besoins mondiaux en énergie électrique sont actuellement couverts à 65 % par des centrales thermiques à combustibles fossiles [B 1 250]. La plupart de ces centrales sont âgées de plus de 15 ans ; elles fonctionnent avec des rendements bien inférieurs à ceux des unités modernes conçues pour des cycles combinés gaz - vapeur ou des cycles conventionnels de vapeur à paramètres surcritiques. L’amélioration des performances de ces centrales anciennes est obligatoire dans les années à venir.
Dans ce contexte, l’utilisation des turbines à gaz pour la réhabilitation des centrales thermiques représente une des meilleures solutions. Il existe divers moyens pour coupler une turbine à gaz avec un cycle de vapeur existant. L’accent est mis en particulier sur les aspects techniques des cycles combinés qui résultent de la réhabilitation. Chaque solution de réhabilitation est illustrée d’exemples typiques rencontrés dans des applications réelles. Pour avoir la possibilité de comparer entre elles les diverses solutions de réhabilitation, une étude de cas sur une unité à vapeur de 100 MW est réalisée.
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Cycle combiné gaz - vapeur avec disposition parallèle4. Cycle combiné gaz - vapeur à postcombustion totale
4.1 Principe
Dans le cas CCFF, l’excès d’air des fumées d’échappement de la turbine à gaz est consommé presque entièrement pour brûler une quantité supplémentaire de combustible. Le résultat est une forte augmentation de la température des fumées de la turbine à gaz (de 500 à 600 oC jusqu’à plus de 1 000 oC). L’échange de chaleur dans la chaudière à vapeur est réalisé tant par convection que par rayonnement. On peut conclure immédiatement que la chaudière à vapeur est alors de structure semblable à celle des centrales conventionnelles à vapeur.
Le potentiel thermique élevé des fumées après postcombustion permet aisément l’obtention de paramètres élevés sur la partie à vapeur. Les limitations sont de même nature que celles rencontrées pour les cycles conventionnels à vapeur.
Les fumées d’échappement de la turbine à gaz (avec un important excès d’air) remplacent l’air atmosphérique nécessaire pour la combustion. Ainsi, il est inutile de prévoir une chaudière avec ventilateur et réchauffeur d’air. En l’absence de réchauffeur d’air, les fumées sortent de la chaudière à une température élevée (> 300 oC en général). Pour utiliser la chaleur contenue dans ces fumées, à la place du réchauffeur, on introduit des échangeurs de chaleur placés en parallèle avec une partie des réchauffeurs d’eau d’alimentation.
Par ces échangeurs (réchauffeurs de récupération) passe de l’eau d’alimentation, de sorte que les fumées sont refroidies jusqu’à la température d’évacuation à la cheminée (de 110 à 120 oC avec le gaz naturel jusqu’à 140 à 160 oC avec le charbon).
La figure 6 présente le schéma simplifié d’une telle unité. Pour que les cycles du gaz et de la vapeur fonctionnent indépendamment, un ventilateur d’air supplémentaire (VS) est ajouté. Il peut assurer le débit d’air pour le fonctionnement de la chaudière à vapeur, même si la turbine à gaz est arrêtée. De plus, le VS peut être conçu pour intervenir au moment du pic de charge afin d’augmenter la production de vapeur de la chaudière....
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - World Energy Outlook 2000 - . International Energy Agency (2000).
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(2) - HARDARSON (P.) - Conventional Renewable Energy Resources for Power Production in Competitive Market Environment. - 18th World Energy Congress, Buenos Aires, Argentine (2001).
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(4) - HORLOCK (J.H.) - Combined power including combined cycle gas turbine (CCGT) plants. - Pergamon Press (1992).
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(5) - HAUPT (A.) - Repowering Peterhead. - Power Engineering International (mai 1999).
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(6) - BRANDAUER (M.), SCHERER (V.), SCHEFFKNECHT (G.), BRAASCH (H.) - GT26 Repowers Rheinhafen. - Modern Power Systems, no 5 (mai 1996).
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