9 - LE CHARBON
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Ce charbon arrivant CIF centrale à $45/t, le prix de revient combustible ressort à
45/5900 kcal/1,163 kWh/kcal/0,37 = $0,018/kWh (2 cents par kilowattheure). Il s’agit,
bien sûr, d’un exemple, ce coût variant avec le PCI et le prix du charbon.
9.12.1. LES DIFFÉRENTES TECHNOLOGIES
La nécessité de réduire les impacts sur l’environnement conduit à rechercher l’amélioration du rendement des centrales, les rejets étant inversement proportionnels
au rendement. Certaines nouvelles technologies sont déjà en œuvre, d’autres ne
sont qu’au stade de pilotage :
Les centrales subcritiques à injection
La grande majorité des centrales existantes sont des centrales subcritiques à injection. Ces centrales utilisent l’injection dans le foyer de charbon pulvérisé et séché,
ce qui accroît la surface réactive et améliore la combustion du charbon. La chaleur
du foyer est de l’ordre de 1400°C. Elles fonctionnent avec de la vapeur à 540°C et
180 bars qui alimente, généralement, deux étages de turbines (haute et basse pression) couplées à des alternateurs. Après condensation la vapeur est recyclée vers
la chaudière. Le rendement moyen est de 37% mais varie – 28% en Chine et 38%
en OCDE –, et peut être amélioré par augmentation de taille (500 MW), meilleure
configuration des foyers (rendement chaudière de 89%) et efficacité des turbines.
Le rendement peut atteindre 43%. La plupart des nouvelles centrales sont maintenant dotées de dispositifs de traitement des gaz.
Les centrales PCI* à cogénération
La récupération de chaleur basses calories, après turbinage de la vapeur, pour chauffage augmente le rendement global de la centrale. Cette technique, dépendante des
besoins en chaleur, s’applique de préférence aux unités de faible puissance. La centrale d’Avedore au Danemark, une des plus grosses réalisations, réalise 200 MWe à
un rendement de 34%, la chaleur portant ce rendement à 55%. Sans production de
chaleur on obtient 300 MW à 42%.
Les centrales PCI* supercritiques
50% des centrales construites actuellement sont supercritiques. Les conditions
typiques sont de 250 bars et 540°C, les conditions thermodynamiques supérieures,
250 à 350 bars et 565-590°C étant désignées par les appellations ultra-supercritiques. Dans les conditions supercritiques, la densité de la vapeur est égale à celle de
l’eau et les ballons de séparation de phases, basés sur la différence de densité eauvapeur, utilisés dans les conditions subcritiques, sont remplacés par un système
d’autorégulation du débit vapeur qui limite celui-ci à l’exacte quantité de chaleur disponible pour l’évaporation (OT system - BENSON, 1922). En sortie de ce système, la
température de la vapeur, qui alimente la turbine, est de 287°C contre 260°C avec
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Ce charbon arrivant CIF centrale à $45/t, le prix de revient combustible ressort à
45/5900 kcal/1,163 kWh/kcal/0,37 = $0,018/kWh (2 cents par kilowattheure). Il s’agit,
bien sûr, d’un exemple, ce coût variant avec le PCI et le prix du charbon.
9.12.1. LES DIFFÉRENTES TECHNOLOGIES
La nécessité de réduire les impacts sur l’environnement conduit à rechercher l’amélioration du rendement des centrales, les rejets étant inversement proportionnels
au rendement. Certaines nouvelles technologies sont déjà en œuvre, d’autres ne
sont qu’au stade de pilotage :
Les centrales subcritiques à injection
La grande majorité des centrales existantes sont des centrales subcritiques à injection. Ces centrales utilisent l’injection dans le foyer de charbon pulvérisé et séché,
ce qui accroît la surface réactive et améliore la combustion du charbon. La chaleur
du foyer est de l’ordre de 1400°C. Elles fonctionnent avec de la vapeur à 540°C et
180 bars qui alimente, généralement, deux étages de turbines (haute et basse pression) couplées à des alternateurs. Après condensation la vapeur est recyclée vers
la chaudière. Le rendement moyen est de 37% mais varie – 28% en Chine et 38%
en OCDE –, et peut être amélioré par augmentation de taille (500 MW), meilleure
configuration des foyers (rendement chaudière de 89%) et efficacité des turbines.
Le rendement peut atteindre 43%. La plupart des nouvelles centrales sont maintenant dotées de dispositifs de traitement des gaz.
Les centrales PCI* à cogénération
La récupération de chaleur basses calories, après turbinage de la vapeur, pour chauffage augmente le rendement global de la centrale. Cette technique, dépendante des
besoins en chaleur, s’applique de préférence aux unités de faible puissance. La centrale d’Avedore au Danemark, une des plus grosses réalisations, réalise 200 MWe à
un rendement de 34%, la chaleur portant ce rendement à 55%. Sans production de
chaleur on obtient 300 MW à 42%.
Les centrales PCI* supercritiques
50% des centrales construites actuellement sont supercritiques. Les conditions
typiques sont de 250 bars et 540°C, les conditions thermodynamiques supérieures,
250 à 350 bars et 565-590°C étant désignées par les appellations ultra-supercritiques. Dans les conditions supercritiques, la densité de la vapeur est égale à celle de
l’eau et les ballons de séparation de phases, basés sur la différence de densité eauvapeur, utilisés dans les conditions subcritiques, sont remplacés par un système
d’autorégulation du débit vapeur qui limite celui-ci à l’exacte quantité de chaleur disponible pour l’évaporation (OT system - BENSON, 1922). En sortie de ce système, la
température de la vapeur, qui alimente la turbine, est de 287°C contre 260°C avec