Production d ’énergie électrique ELEC 2753 Electrotechnique Production d ’énergie électrique Repris de H. BUYSE

Filières de production d ’énergie électrique ENERGIE ELECTRIQUE Générateur photovoltaïque Pile à combustible Convertisseur électromécanique Convertisseurs directs Énergie mécanique Énergie thermique Énergie hydraulique et éolienne Énergie chimique de fission Radio- isotopes de fusion Énergie d ’origine solaire Énergie nucléaire

Doc. Electrabel

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Filières de production d ’énergie électrique Filière Hydraulique Types d ’installations hydrauliques Centrales de pompage Filière thermique à combustibles fossiles Thermique classique Combinaison Turbine à Gaz, Vapeur (TGV) Filière nucléaire Filières nouvelles Convertisseurs éoliens Convertisseurs directs chaleur-électricité Piles à combustible Convertisseurs photovoltaïques

Production d ’énergie électrique en Belgique Doc. FPE

Principe de base d ’une installation hydraulique Q étant le débit en m3/sec et h la hauteur de dénivellation en m, on a Puissance mécanique brute : Pm= 1000 Q.h kg’(m/sec) = 9.81 Q.h (kW) Puissance électrique nette : Pe = 9.81 T G Q.h kW Rendement de la turbine hydraulique : T = 0.85…0.92 Rendement du générateur électrique : G = 0.9…..0.97 Centrale de basse chute : h 30 m Turbine à réaction à pales orientables (Kaplan). pas de possibilité d ’accumulation (au fil de l ’eau). Centrale de chute moyenne : 30 m  h  300 m Turbines à réaction à pales fixes (Francis). accumulation journalière ou hebdomadaire (si turbine réversible ou pompes séparées) Centrale de haute chute : h  300m Turbines à action (Pelton)(non réversibles). accumulation saisonnière si descente en plusieurs étages avec turbines réversibles ou pompes. Q (m3/sec) h (m) T G Pm Pe

Performances des turbines hydrauliques de moyenne puissance 1000 Kaplan Q 10 MW 10 MW 15 MW 15 MW 30 MW 30 MW 5 MW 5 MW (m /sec) Francis 3 2 MW 2 MW 100 Pelton 1 MW 1 MW 500 kW 500 kW 10 1 0.1 1 10 100 h (m ) 1000

Groupe de basse chute à turbine Kaplan alternateur turbine Kaplan à axe vertical Caractéristiques (par groupe) PM = 29.1 MW Q = 600 m3/sec N = 75 tr/min h = 10 m Doc. ACEC

Groupes Kaplan à axe vertical Groupe à trois paliers Groupe à deux paliers Excitatrice Alternateur Palier Bâche spirale Excitatrice Alternateur Palier Volute Roue Kaplan Excitatrice Alternateur Palier Volute Roue Kaplan Bâche spirale Doc. ACEC

Groupe bulbe Kaplan Centrale d ’Ampsin-Neuville (6 groupes) turbine Kaplan à axe oblique Groupe bulbe Caractéristiques (par groupe) PM = 14.5 MW Q = 300 m3/sec N = 125 tr/min h = 10 m Doc. ACEC

Turbine Francis (Inga 2) Caractéristiques PM = 62.5 MW Q = 300 m3/sec N = 107.1 tr/min h min = 51.2 m h max = 62.5 m Arbre Palier Aubes directrices Roue motrice Doc. ACEC

Turbine Pelton à axe vertical Injecteur Roue Pelton Vanne sphérique

Profil en long de l ’installation de Coo I Bassin supérieur Bassin inférieur Doc. ACEC

Centrale de pompage de Coo Excitatrice A Alternateur B Turbine- pompe C Vanne sphérique D Vanne aval Doc. ACEC

Installations hydro-électriques en Belgique centrale de pompage centrale hydro-électrique Plate-Taille Floriffoux Grands-Malades Andenne Neuville Ivoz-Ramet Monsin Lixhe Bévercé Bütgenbach Stavelot Heid-de-Goreux Lorcé Coo Coo- dérivation Cierreux La Vierre Orval Doc. Electrabel

Schéma d ’un groupe thermique classique chaudière à vapeur turbine alternateur condenseur vapeur air + eau combustible électricité Doc. Electrabel

Groupe thermique classique chaudière condenseur filtre tour de refroidissement alternateur turbine Doc. Electrabel

Centrale thermique classique Doc. Electrabel

Groupe turbo-alternateur (4 pôles) Doc. Alstom

Turbo-alternateur Puissance : 500 MW, conducteurs creux refroidis à l ’hydrogène Palier Balais Bagues Rotor Stator Inducteur Induit Palier Doc. ACEC

Centrales thermiques classiques en Belgique Doc. Electrabel

Schéma d ’un groupe TGV gaz turbine chambre de alternateur combustion chaudière de récupération turbine alternateur condenseur vapeur gaz chambre de combustion air électricité d’échappement eau compresseur Doc. Electrabel

Centrale Turbine Gaz Vapeur alternateur turbine à gaz chaudière de récupération turbine transformateur aérocondenseur Doc. Electrabel

Groupe nucléaire à eau pressurisée (PWR) réacteur générateur de vapeur turbine condenseur alternateur électricité circuit primaire circuit secondaire circuit tertiaire Doc. Electrabel

Centrale nucléaire pressuriseur turbine tour de alternateur réacteur pressuriseur générateur de vapeur turbine condenseur alternateur tour de refroidissement Doc. Electrabel

Réacteur nucléaire (Doel 2) Plaque de support Couvercle Tige de commande Tube guide Cuve du réacteur Colonne Assemblage de combustible Mécanisme d ’actionnement Doc. ACEC

Générateur éolien alternateur ventilation entraînement aile pignon d’orientation frein à disque roulement du rotor pylône Doc. Electrabel

Installations éoliennes en Belgique 8 + 7-6 5 4-3-2 Vitesse du vent à 50 m au-dessus du sol (m/s) Zandvliet Bütgenbach Veurne Jabbeke Koksijde Doc. Electrabel

Convertisseurs directs Générateur thermo-électrique Générateur thermo-ionique

Parc de production électrique belge I (1998) Doc. Electrabel

Parc de production électrique belge II (1998) Doc Electrabel

Energies renouvelables en Belgique (1999) Doc Electrabel

Parc de production belge I (1999) Doc. Electrabel

Parc de production belge II (1999) Doc. Electrabel

Diagramme de la charge quotidienne (1997) 12000 8000 4000 Doc. Electrabel

Diagramme annuel de la charge (1997) source: Assistance technique production note: MW mois de mise à jour: 12000 10000 8000 6000 4000 2000 mots-clés: Electrabel; centrales; production; électricité; parc_de_production; diagramme; charge_annuelle; charge; graphique; chiffres 6102 - Diagramme de la charge annuel Nous voyons ici une représentation de la consommation annuelle. Pendant l'hiver, la consommation, principalement pour l'éclairage et le chauffage, est la plus élevée, et pendant l'été, la plus basse. Les différences entre consommation hivernale et consommation estivale s’estompent avec le temps. Cette évolution est notamment due à l'utilisation croissante de la climatisation en été. 31 52 semaine Doc. Electrabel

Coût annuel de production unité de base et unité de pointe source: Assistance technique production note: EUR / an mois de mise à jour: mots-clés: Electrabel; production; centrales; électricité; parc_de_production; gestion; unité_pointe; unité_base; unités; base; utilisation; nucléaire; centrale_nucléaire unité de base 6103 - Coût du kWh à la production, unité de base et unité de pointe D'un point de vue économique, il est plus rentable d’utiliser, pour chaque objectif, des unités de production déterminées. Pour être rentables, les unités de production qui demandent des investissements élevés mais qui entraînent relativement peu de coûts en combustible doivent, être utilisées pendant un nombre maximum d'heures par an. Elles sont donc appropriées pour satisfaire à la charge de base. Les unités de pointe sont sensiblement moins onéreuses en utilisation de courte durée, mais à long terme elles sont moins économiques en raison de leur coût élevé en combustible. unité de pointe heures par an Pour une comparaison plus complète, distinguer, outre les frais fixes, les coûts de mise en route, maintien en fonctionnement et le coût marginal de l’énergie produite.

Production quotidienne d ’électricité (1997) source: Assistance technique production note: hydraulique classique + TGV nucléaire + cogénération MW mois de mise à jour: 12000 10000 8000 6000 4000 2000 mots-clés: Electrabel; pointe; centrales; production; électricité; parc_de_production; pompage; classique; TGV; nucléaire; graphique; quotidien; chiffres; cogénération 6101a - Production d'électricité sur une journée Différents moyens de production répondent, le plus efficacement possible, aux variations de la demande. Le niveau inférieur du diagramme représente la charge de base: la consommation minimale qui est toujours demandée. Cette consommation est fournie par des unités de production qui, si elles se veulent rentables, doivent tourner continuellement à plein régime. Ce sont les centrales nucléaires – qui, étant donné les coûts fixes élevés, principalement en matière d’investissements, fournissent encore toujours la plus grande partie de la production d'électricité (voir aussi 6105) mais aussi les unités de cogénération qui produisent également, outre de l'électricité, de la vapeur. Etant donné qu'en ce qui concerne ces dernières unités, la demande de vapeur est continue, la production d'électricité doit donc également être continue. La surface intermédiaire représente la charge moyenne: la production de cette charge partiellement variable est assurée par les centrales thermiques classique + TGVs et les TGV (turbines à gaz-vapeur) modernes. Au-dessus, nous voyons les pointes de consommation. Ce sont principalement les centrales d'accumulation par pompage qui se chargent de la production pour ces pointes (voir 6602). Ces centrales aplanissent le diagramme de charge journalier en pompant de l'eau pendant la nuit, à l'aide d'électricité bon marché, vers un réservoir supérieur. Si au cours de la journée, pendant les heures de pointe, la demande d'électricité augmente soudainement, on laisse l'eau se déverser vers le bas. L'eau qui se déverse actionne les turboalternateurs, et compense ainsi, à la vitesse de l’éclair, une charge de pointe. Les turbojets démarrent également très vite. Ils sont commandés à distance et sont répartis dans le pays. Etant donné leur coût élevé en combustible, ils sont presque exclusivement utilisés comme unités de pointe de secours. 6 12 18 24 heures Doc. Electrabel

Parc de production par tranche d’âge (1999) source: Assistance technique production note: CPTE; situation 1998 charbon pétrole et gaz nucléaire hydraulique années mois de mise à jour: 05 >35 30-34 25-29 20-24 15-19 10-14 05-09 <4 mots-clés: Electrabel; production; électricité; centrales; parc_de_production; âge; CPTE; graphique; nucléaire; centrale_nucléaire; chiffres 6110 - Parc de production par tranche d'âge Ce diagramme visualise le rythme de vieillissement des centrales. Une partie considérable du parc de production (CPTE) actuel est composée d'unités qui utilisent du combustible fossile et qui ont plus de 25 ans. Ce sont principalement ces unités qui sont susceptibles d’être mises hors service. MW Doc. Electrabel -