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Chapitre 9
9.2 Critères d’évaluation des moteurs
Plusieurs paramètres sont pris en compte dans l’évaluation de la performance et de la valeur des moteurs à vapeur.
9.2.1 Rendement thermique et rendement global
Le paramètre que nous avons appris à quantifier jusqu’ici est bien sûr
l’efficacité thermique du moteur í µí¼ moteur ≡
|
|
|
̇
í µí± net
̇
í µí± in
|
|
|
(6/4) que nous cherchons
toujours à faire tendre vers son maximum théorique, í µí¼ í µí±í µí±í µí±¡í µí±í µí±¢í µí±í µí°¶í µí±í µí±í µí±í µí±í µí±¡ = 1 −
í µí± min.
í µí± max.
(7/6).
Il ne faut toutefois pas oublier que la transformation de chaleur en travail
n’est qu’une des nombreuses opérations en jeu dans la production d’électricité :
• La préparation du combustible (raffinement et réchauffement de mazout,
pulvérisation du charbon, séparation des sables bitumeux) peut elle-même
demander de l’énergie, ce que nous pouvons évaluer avec une efficacité
í µí¼ préparation ;
• Dans la chaudière, le transfert énergétique depuis la source de chaleur
vers l’eau peut se faire incomplètement (une partie de la chaleur étant
éventuellement perdue avec les gaz d’échappement), ce que nous pouvons
évaluer avec une efficacité í µí¼ chaudière ;
• La transmission d’énergie mécanique depuis la turbine vers la génératrice, éventuellement à l’aide d’un multiplicateur, entraîne des pertes par
frottement que nous évaluons avec une efficacité í µí¼ transmission ;
• La génération de puissance électrique à partir de travail mécanique se fait
elle aussi avec des pertes aboutissant à la production de chaleur, que nous
évaluons avec une efficacité í µí¼ génératrice .
Ainsi, l’efficacité globale í µí¼ globale de la production d’énergie électrique à la
sortie de la centrale, qui compare l’énergie électrique produite à la chaleur
effectivement dépensée pour la générer (c’est-à-dire son coût marginal
énergétique), est le produit de toutes ces efficacités :
í µí¼ globale ≡ í µí¼ préparation í µí¼ chaudière í µí¼ moteur í µí¼ transmission í µí¼ génératrice
(9/1)
Il est attendu de l’ingénieur/e motoriste qu’il/elle travaille à augmenter
l’efficacité globale plutôt que la seule í µí¼ moteur . On peut accepter de réduire
sciemment l’efficacité thermique si cela permet d’augmenter par exemple
í µí¼ chaudière (avec une meilleure extraction de chaleur des gaz de cheminée) ou
bien í µí¼ génératrice (avec une augmentation de la vitesse de la turbine).
9.2.2 Puissance et consommation spécifiques
L’efficacité d’un moteur n’est pas le seul paramètre dont nous tenons compte
dans l’évaluation économique de son utilisation : les coûts associés à son
entretien ou à la supervision de son opération, et bien sûr les frais d’acquisition, sont également déterminants. Ces dépenses ne sont calculables que
si nous rentrons dans des détails technologiques qui dépassent le cadre de
notre étude de la thermodynamique.
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen
Chapitre 9
9.2 Critères d’évaluation des moteurs
Plusieurs paramètres sont pris en compte dans l’évaluation de la performance et de la valeur des moteurs à vapeur.
9.2.1 Rendement thermique et rendement global
Le paramètre que nous avons appris à quantifier jusqu’ici est bien sûr
l’efficacité thermique du moteur í µí¼ moteur ≡
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í µí± net
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í µí± in
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(6/4) que nous cherchons
toujours à faire tendre vers son maximum théorique, í µí¼ í µí±í µí±í µí±¡í µí±í µí±¢í µí±í µí°¶í µí±í µí±í µí±í µí±í µí±¡ = 1 −
í µí± min.
í µí± max.
(7/6).
Il ne faut toutefois pas oublier que la transformation de chaleur en travail
n’est qu’une des nombreuses opérations en jeu dans la production d’électricité :
• La préparation du combustible (raffinement et réchauffement de mazout,
pulvérisation du charbon, séparation des sables bitumeux) peut elle-même
demander de l’énergie, ce que nous pouvons évaluer avec une efficacité
í µí¼ préparation ;
• Dans la chaudière, le transfert énergétique depuis la source de chaleur
vers l’eau peut se faire incomplètement (une partie de la chaleur étant
éventuellement perdue avec les gaz d’échappement), ce que nous pouvons
évaluer avec une efficacité í µí¼ chaudière ;
• La transmission d’énergie mécanique depuis la turbine vers la génératrice, éventuellement à l’aide d’un multiplicateur, entraîne des pertes par
frottement que nous évaluons avec une efficacité í µí¼ transmission ;
• La génération de puissance électrique à partir de travail mécanique se fait
elle aussi avec des pertes aboutissant à la production de chaleur, que nous
évaluons avec une efficacité í µí¼ génératrice .
Ainsi, l’efficacité globale í µí¼ globale de la production d’énergie électrique à la
sortie de la centrale, qui compare l’énergie électrique produite à la chaleur
effectivement dépensée pour la générer (c’est-à-dire son coût marginal
énergétique), est le produit de toutes ces efficacités :
í µí¼ globale ≡ í µí¼ préparation í µí¼ chaudière í µí¼ moteur í µí¼ transmission í µí¼ génératrice
(9/1)
Il est attendu de l’ingénieur/e motoriste qu’il/elle travaille à augmenter
l’efficacité globale plutôt que la seule í µí¼ moteur . On peut accepter de réduire
sciemment l’efficacité thermique si cela permet d’augmenter par exemple
í µí¼ chaudière (avec une meilleure extraction de chaleur des gaz de cheminée) ou
bien í µí¼ génératrice (avec une augmentation de la vitesse de la turbine).
9.2.2 Puissance et consommation spécifiques
L’efficacité d’un moteur n’est pas le seul paramètre dont nous tenons compte
dans l’évaluation économique de son utilisation : les coûts associés à son
entretien ou à la supervision de son opération, et bien sûr les frais d’acquisition, sont également déterminants. Ces dépenses ne sont calculables que
si nous rentrons dans des détails technologiques qui dépassent le cadre de
notre étude de la thermodynamique.
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen