Comment fonctionnent les centrales électriques au charbon ?

Au charboncentrale électriqueLes électricités sont la pierre angulaire de la production d’électricité depuis plus d’un siècle. Malgré l’essor des sources d’énergie renouvelables, le charbon reste un contributeur important au mix énergétique mondial. Comprendre le fonctionnement des centrales électriques au charbon est essentiel pour apprécier leur rôle dans la production d'énergie et les enjeux liés à leur impact environnemental. Cet article donne un aperçu et détaille les principaux processus impliqués dans les centrales électriques au charbon.

Aperçu des centrales électriques au charbon

Les centrales électriques au charbon convertissent l’énergie chimique stockée dans le charbon en énergie électrique. Le processus consiste à brûler du charbon pour produire de la chaleur, qui génère ensuite de la vapeur. Cette vapeur entraîne une turbine reliée à un générateur, produisant de l'électricité. L’ensemble de l’opération est un système complexe de processus mécaniques et chimiques conçus pour maximiser l’efficacité et réduire les émissions.

Livraison et préparation du charbon

La première étape du processus est la livraison et la préparation du charbon. Le charbon est transporté jusqu'à la centrale électrique par train, par bateau ou par tapis roulant. Une fois sur place, il est stocké dans de grands stocks ou silos. Avant la combustion, le charbon est broyé en une fine poudre pour augmenter sa surface, lui permettant de brûler plus efficacement et plus complètement dans la chaudière.

Combustion dans la chaudière

Le charbon en poudre est soufflé dans la chambre de combustion de la chaudière, où il s’enflamme. La combustion du charbon libère une énorme quantité de chaleur, qui est utilisée pour transformer l'eau en vapeur à haute pression. La chaudière est conçue pour résister à des températures et des pressions extrêmement élevées, garantissant ainsi un transfert maximal d'énergie thermique à l'eau.

Production de vapeur et fonctionnement des turbines

La vapeur haute pression produite dans la chaudière est dirigée vers les aubes d'une turbine. À mesure que la vapeur se dilate et se refroidit, les aubes de la turbine tournent rapidement. La turbine est reliée à un générateur et cette énergie mécanique est convertie en énergie électrique par induction électromagnétique.

Production d'électricité

Le générateur se compose d'un rotor (fixé à la turbine) et d'un stator (élément fixe). Lorsque le rotor tourne à l'intérieur du stator, il induit un courant électrique, qui est ensuite transmis à travers des transformateurs pour augmenter la tension afin d'assurer une transmission efficace sur de longues distances via des lignes électriques.

Refroidissement et condensation

Après avoir traversé la turbine, la vapeur entre dans un condenseur, où elle est refroidie et reconvertie en eau. Ceci est généralement réalisé en utilisant des tours de refroidissement ou une source d’eau à proximité. L'eau condensée est ensuite pompée vers la chaudière pour être réchauffée, complétant ainsi le cycle.

Systèmes de contrôle des émissions

La combustion du charbon produit des polluants tels que le dioxyde de soufre (SO2), les oxydes d'azote (NOx) et les particules. Les centrales électriques au charbon modernes sont équipées de technologies de contrôle des émissions telles que des unités de désulfuration des gaz de combustion (FGD), des précipitateurs électrostatiques et des systèmes de réduction catalytique sélective (SCR) pour minimiser l'impact environnemental.

Manipulation des cendres

La combustion du charbon génère des cendres, constituées de cendres volantes et de cendres résiduelles. Les cendres volantes sont captées par les dispositifs de dépollution avant que les gaz de combustion ne soient rejetés dans l’atmosphère, tandis que les mâchefers s’accumulent à la base de la chaudière. Les deux types de cendres sont collectés et éliminés en toute sécurité ou recyclés pour être utilisés dans les matériaux de construction.

Efficacité et défis environnementaux

Les centrales électriques au charbon fonctionnent généralement avec un rendement de 33 à 40 %, ce qui signifie qu'une partie importante de l'énergie contenue dans le charbon est perdue sous forme de chaleur. Les efforts visant à améliorer l’efficacité incluent les chaudières supercritiques et ultra-supercritiques, qui fonctionnent à des températures et des pressions plus élevées. Toutefois, les préoccupations environnementales telles que les émissions de gaz à effet de serre et la pollution atmosphérique restent des défis majeurs.

En résumé, les centrales électriques au charbon fonctionnent en brûlant du charbon pulvérisé pour générer de la vapeur à haute pression, qui entraîne des turbines connectées à des générateurs produisant de l'électricité. Le processus comporte plusieurs étapes clés, notamment la préparation du charbon, la combustion, la production de vapeur, la production d'électricité, le refroidissement et le contrôle des émissions. Bien que le charbon reste une source d’énergie vitale, les progrès en cours visent à améliorer l’efficacité et à réduire l’impact environnemental. Comprendre le fonctionnement des centrales électriques au charbon est crucial à l’heure où le monde évolue vers des solutions énergétiques plus propres et plus durables.