La chaleur résiduelle perdue des centrales thermiques

Selon un rapport de l’ICE (Institution of Civil Engineers, institution des ingénieurs civils) intitulé Why waste heat?, la chaleur résiduelle produite par les centrales thermiques à combustion fossiles (fioul, gaz, charbon) ou nucléaire pourrait être utilisée pour le chauffage des maisons britanniques grâce au principe de cogénération (CHP, combined heat and power), technique permettant de produire en un seul processus de la chaleur et de l’électricité.

En effet, toutes les centrales thermiques, qu’elles fonctionnent au fioul, au gaz, au charbon ou avec de la matière fissile ne peuvent transformer en énergie électrique qu’une partie de la chaleur qu’elles produisent. Le reste étant évacué sous forme de chaleur résiduelle. Contrairement à une centrale électrique classique où les gaz d’échappement sont directement évacués par la cheminée, les gaz d’échappement d’une centrale de cogénération électricité-chaleur sont d’abord refroidis, cédant leur énergie à un circuit eau chaude/vapeur.

En 2007, la production de chaleur représentait 42% de toute l’énergie primaire consommée au Royaume-Uni. A titre de comparaison, le secteur des transports et de la production d’électricité représentaient respectivement 39% et 19% de l’énergie primaire consommée. Raison pour laquelle, l’ICE invite le gouvernement à prendre toutes les mesures nécessaires afin d’éviter le recourt à des sources d’énergie primaires telles que le pétrole et le gaz pour la production de chaleur.

Selon le Dr Patrick James, chercheur à l’Université de Southampton ayant participé à cette étude, grâce au principe de cogénération, une centrale au charbon comme celle de Kingsnorth, dans le Kent, pourrait approvisionner la population locale en chauffage et eau chaude sanitaire. Le groupe de chercheurs ayant réalisé cette étude estime que près de 6.55TWh de chaleur sont gaspillées lors de la production d’électricité à Kingsnorth, alors que dans le même temps, la demande de chaleur de la région s’élève à 5,91 TWh.

L’ICE recommande au gouvernement britannique de mener une étude de faisabilité sur la cogénération et la création de réseaux de chauffage urbain à Drax, Ferrybridge, Eggborough dans le Yorkshire ,et Kingsnorth. Une nouvelle centrale thermique au charbon, d’une capacité de 2.000 MW, est prévue pour l’année 2012 à Kingsnorth. L’ICE suggère donc que celle-ci utilise le principe de cogénération pour pallier aux besoins en chauffage et en électricité de tous les habitants de la région.

L’ICE suggère également que le gouvernement britannique examine le modèle danois où chaque petite ville possède sa propre petite centrale électrique, idéalement située afin de faciliter l’approvisionnement en chaleur et en électricité. Ceci, selon le Dr Keith Tovey, membre de l’ICE et chercheur en sciences de l’environnement à l’Université d’East Anglia, a non seulement le potentiel de réduire significativement les émissions de gaz à effet de serre mais permet également de répondre aux besoins en chauffage et en électricité de petites zones urbaines. Ainsi, une petite centrale de cogénération installée à l’Université d’East Anglia aurait réduit de 33% ses émissions de gaz à effet de serre.

D’après le Dr Patrick James, l’emplacement d’une usine est un facteur essentiel, car toute la chaleur produite à partir de celle-ci est transmise à des résidents par le biais d’un réseau vaste et coûteux. Raison pour laquelle de nombreuses centrales nucléaires ne sont pas des candidates idéales pour la production simultanée de chaleur et d’électricité. Ces centrales étant généralement isolées et éloignées de toute population. Toujours selon le Dr James, l’installation de systèmes de récupération de chaleur sur l’ensemble des centrales électriques permettrait non seulement de couvrir 5% de la demande en chaleur au Royaume-Uni mais également de réduire les émissions de dioxyde de carbone de 10 millions de tonnes. De surcroît, il estime que la meilleure façon de réduire la demande de chauffage au Royaume-Uni passe par l’isolation des logements, ce qui est une tâche relativement aisée pour les logements neufs, mais beaucoup plus difficile dans le cas de vieilles habitations. D’où la nécessité d’utiliser la chaleur résiduelle des centrales thermiques à combustion fossile pour les besoins en chauffage des propriétaires d’habitations difficiles à rénover.

L’ICE espère que le gouvernement britannique tiendra compte de ses recommandations lors de la planification de nouvelles centrales électriques.


BE Royaume-Uni numéro 98 (28/07/2009) – Ambassade de France au Royaume-Uni / ADIT – http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/60132.htm

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Pastilleverte

On s’aperçoit que les centrales électriques THERMiques produisent (également) de la chaleur, belle découverte ! On confirme que toute forme de cogénération/ recyclage court etc est bénéfique, waow ! Au passage, on apprend qu’au pays des éoliennes (DK) “”écologico-prpres-sans CO²”, chaque petite ville posséde sa propre centrale électrique (thermique), tiens, tiens, Au moins, les danois ont le bon goût de récupérer la chaleur. Et maintenant, je vais sans doute dire des bétises, mais ne serait-il pas possible de récupérer la chaleur (perdue et “polluante”) des centrales nucléaires avec une sorte de super pompe à chaleur qui permettrait de cogénérer…(encore plus) de l’ électricité, à défaut de redistribuer la chaleur, lesdites centales étant raltivement éloignées des grandes concentrations urbaines. Autre lubie : quand est-ce qu’on s’attaquera vraiment aux deux grands problèmes concernant l’énergie électrique, à savoir le stockage (en grande quantité et sans effets secondaires), et la conversion (la plus) directe (possible) de la chaleur en électricité (zéolithes ?)

maxxxx

Je comprend pas bien quelle est ton idée concernant la récupération de chaleur des centrales nucléaires. Tu parles de récupérer la chaleur des eaux de refroidissement (appellée improprement “chaleur résiduelle” dans l’article) grâçe à une pompe à chaleur… mais pour la réinjecter où ensuite ? Si c’est pour la réutiliser pour chauffer l’eau dont elle provient (avant la turbine, bien sûr), ça ne peux pas fonctionner. Ça serait un équivalent thermodynamique de l’ampoule qui, alimentée par un panneau solaire, éclaire ce même panneau solaire… sauf apparition spontannée d’énergie, l’ajout de l’ampoule augmente plus la consommation que la production. Pour le démontrer, on peut utiliser une modélisation avec une source chaude Tc et une source froide Tf. * Le générateur (turbine) reçoit une quantitée de chaleur Qc de la source chaude et restitue Qf à la source froide en produisant un travail W (qui sera transformé en électricité par un alternateur). On note que W = Qc – Qf (conservation de l’énergie, 1er principe de la thermodynamique). * La pompe à chaleur (PAC) de son coté consomme un travail W’ pour récupérer une chaleur Qf’ dans la source froide Tf et transmettre une chaleur Qc’ = Qf’ + W’ à la source chaude Tc. Si on considère qu’on récupère toute la “chaleur résiduelle” Qf grâce à la PAC, alors naturellement Qf’ = Qf (en valeurs absolues). A partir de là, en considérant que les deux machines on un rendement optimal (cycle de Carnot), on obtient : W/Qc =  (Tc-Tf)/Tc = (Qc-Qf)/Qc et Qf’/W’ = Tc/(Tc-Tf) = Qc’/(Qc’-Qf) d’où on déduit immédiatement Qc’ = Qc et W’ = W. Pour “pomper” la “chaleur résiduelle”, on a donc besoin d’autant d’énergie (W’) que l’énergie qui est produite dans la turbine (W). Avantage du système : Il ne nécessite plus de carburant du tout (car Qc = Qc’). Inconvénient : Il ne produit plus d’électricité. L’ajout d’une récupération par PAC ne changerait donc pas le rendement global et ne ferait qu’introduire des pertes supplémentaires (effet joule, frottements, fuites thermiques, etc.)

De passage

perdue par les centrales vers 20°C, elle n’est pas réellement utilisable. La “remonter” vers de plus hautes température par un PAC est une hérésie comme le montre Maxxx. Ce qui est effectivement réalisé dans les cogénérations, c’est de prendre de la chaleur utilisable (chauffage) à une température pas trop haute (disons 45°C) à un étage près de la fin de la turbine. On perd un peu de rendement electro-mécanique mais on utilise TOUTE la chaleur du combustible, car alors énergie électrique produite + chaleur récupérée = chaleur dépensée (charbon et/ou bucléaire) à quelques % de non réversibilité, disons 95% tandis que la meilleure centrale thermique sans récup n’en utilise que 45%.

Jooo

Si j’ai bien compris, l’article parle bien de récupérer la chaleur issue des gaz d’échappement des centrales thermiques classiques (charbon, gaz, fioul) en vue d’une cogénération.Il ne s’agit absolument pas de vouloir récupérer la chaleur perdue issues du circuit de refroidissement (les fameux aéroréfrigérants). La chaleur récupérée ici ne viserait pas à produire de l’électricité (c’est ce que l’on entend souvent par cogénération, et c’est ce qui permet de faire grimper le rendement de la centrale de 30% à 50 % environ), mais à conserver cette énergie sous forme de chaleur pour la transmettre, par des échangeurs, à un circuit de distribution d’eau chaude… Au final, l’opération est intéressante, surtout si on compare ça à un chauffage électrique : on n’a pas les pertes dues au rendement thermodynamique de Carnot ! Concernant ces valeurs de rendement de ces unités, où l’on voit parfois des 90 % ou des trucs supérieurs à 100%, attention, il ne s’agit pas d’un “vrai” rendement, puisqu’il fait par exemple additionner une énergie électrique et une énergie calorifique dans le rapport, ce qui n’est pas rigoureux.   Cette technique, bien entendu inenvisageable pour une centrale nucléaire où il n’y a pas de gaz d’échappement, est intéressante pour une centrale d’assez forte puissance (investissement plus grand) située à proximité d’une assez grande ville. En remarque, la chaleur “résiduelle” issue du circuit de refroidissement d’une centrale nucléaire (ou même thermique classique) peut seulement être récupérée pour forunir de la chaleur à des installations ou des habitations alentours. C’est par exemple le cas d’une serre à Crocodiles tout près de Tricastin. Pour fournir de la chaleur aux habitations, ce n’est pour le moment pas rentable semble-t-il, notamment parce qu’il n’y a jamais de grosses agglomérations à proximité des centrales nucléaire.

dede29

La récupération partielle de la chaleur rejetée à la source froide (soit dans la mer ,soit dans la rivière ,soit dans l’atmosphère via l’aéroréfrigérant ) se fait dans bon nombre de sites nucléaires ; mais la quantité de chaleur récupérée reste marginale .On effectue des chauffages de serres ,de bassins de pisciculture ,de piscine municipale …) .Il faudrait refaire un point complet de ce qui existe en France et à l’étranger . Il n’y a pas de problème spécifique au nucléaire mais les difficultés sont les memes que pour le classique ,à savoir l’éloignement des habitations des centres de production de chaleur , l’entretien des réseaux de transport de la chaleur et la conitinuité et la régulation du service . La plus part du temps ,c’est symbolique ,voire à visée médiatique .

maxxxx

Pour effacer une petite confusion linguistique tout d’abord (ds la remarque de Jooo) : L’utilisation de la chaleur de gaz d’échappement dans un second dispositif afin de produire plus d’électricité (donc augmenter le rendement global) s’appele un “Cycle combiné”. La “Cogénération” fait référence uniquement à l’utilisation de la chaleur “résiduelle” en tant que telle (sans transformation). On peut bien sûr utiliser les deux techniques simultanément dans certains cas. Quant au problème des centrales nucléaires situées loin des villes, je propose que le prochain EPR soit construit sur le champ de Mars à Paris. On pourra également profiter pour installer un grand complexe aquatique : il suffit d’installer un plongeoir et d’ouvrir au public la piscine de stockage des assemblages combustibles et de transformer l’aeroréfrigérant en hamman géant ! 🙂 Ca va faire de la concurrence à Paris-plage !!

bmd

Comme il est dit dans les commentaires, la cogénération n’est pas envisageable avec les centrales nucléaires puisque celle-ci sont implantées trop loin des villes qui seules pourraient utiliser la quantité de chaleur produite. Pour les mêmes raisons, elle est difficile avec des centrales à combustibles très puissantes (certaines centrales à charbon ont la même puissance électrique qu’un réacteur nucléaire). Au Danemark, elle est très pratiquée avec des centrales à combustibles fossiles (surtout charbon) de taille modeste situées à proximité d’agglomérations de taille moyenne disposant d’un réseau de chaleur. On évite ainsi la consommation de combustibles fossiles ( fuel et gaz) qui seraient autrement utilisés pour le chauffage des bâtiments. Génial disent certains qui regardent tout cela par le petit bout de la lorgnette. Pour autant cela rend les Danois accrocs à la consommation de charbon, avec tous les inconvénients qui en résultent: émissions de CO2 et pollution atmosphérique entraînant de nombreuses maladies pulmonaires. Certes, le Danemark n’est pas la Chine, mais la pollution y est importante en hiver. Avec ce système, le Danemark ne pourra jamais sortir des combustibles fossiles, ce qui est possible en France grâce au nucléaire, qui permet non seulement de produire de l’électricité pour le chauffage des maisons, mais aussi pour alimenter des voitures électriques.

Etienne solar

Je propose que les nouveaux projets immobilier soient développés autour des centrales nuk … associés à des espaces ludiques … Osons rêver … une serre géante recouvre la centrale du ouistiti sauvage, abritant une flore et une faune tropicale … une température idéale tout au long de l’année baigne un paisible village, havre de paix et de bonheur envié par une humanité vouée aux caprices du temps … … en plus, en cas de surpopulation ya ka larguer un petit pêt pour résoudre le problème … Warf

dede29

 Emission de CO2 par habitant (2002 ) : Danemark  8.9 tonnes France       6.2  

Pastilleverte

@marxxx, merci pour vos explications scientifiques, c’était trop beau et trop simple, je me doutais bien que je disais des bêtises grosses comme moi (bien que j’ai récemment maigri) DanemarK heureux pays qui ne peut qu’émettre du CO², ayant besoin de centrales thermiques (charbon ou pas) pour compenser les caprices de dame nature (le vent ne souffle pas toute l’année) Au moins ont-il le bon goût de “récupérer” la “chaleur résiduelle” (am I correct ?) A propos du nuke, OK pour les projets fous de bases de loisirs intra muros, à condition que ce soient des centrales au Thorium. ATTN Marxxx : avez-vous des informations sur cette technologie que j’ai lu être très peu radioactive, non proliférable, peut être avec un rendement inférieur à U, et soit-disant pas de problème d’approvisionnement en Th, contrairement à U ? Aux dires des rédacteurs, la filière U, y compris civile a été développée parce que les recherches nuke se concentraient sur le militaire et la bombinette à U. La technique Thorium n’est pas nouvelle, mais n’a pas bénéficié des mêmes efforts de recherche.

maxxxx

Me voilà peint en rouge avec un “r” de plus dans le pseudo 😉 Et sinon de rien pour les explications, ça fait toujours du bien (pour moi aussi) de rafraîchir sa thermo avec quelques schémas et équations 🙂 Pour ce qui est de la filière U, c’est clair, net et avéré qu’historiquement (voire encore actuellement dans certains pays) ça a été boosté un maximum par les applications militaires… Les techno Thorium, j’en ai bien sûr déjà entendu parler, mais juste de loin… Je chercherais peut-être quelques infos là-dessus si j’ai le temps (ça m’intéresse aussi) mais je ne pourrais certainement pas apporter ici un regard de pro sur la question (ou peut-être dans 2 ans si je me décide à jouer les prolongations à l’INSTN).

-

moi Chelya ,j’adore attaquer le nucléaire sous n’importe quel prétexte et dire plein d’anerie sur le danemark , le charbon ,le gaz et l’éolien .Il faudra vous y habituer ,j’adore faire du trolling antinuc à toutes occasions.

Pastilleverte

Maxxxx (sorry) bon je ne vais pas recommencer à réver, mais l’article que j’ai lu sur la filière thorium, but i can’t remember where, semblait prometteur en miroir de sur tous les aspects “négatifs” du nuke U… au bemol près de l’évolution techno et du coup peut être de la rentabilité au moins à court terme.

Dan1

Si les danois ont réussi à développer l’éolien à presque 20 % du mix (variable selon les années), c’est grâce à ses voisins et non grâce à des solutions de stockage innovantes. Pour s’en convaincre, il suffit de lire les documents de l’ENTSO et notamment celui-ci : On y voit les chiffres des pays nordiques et notamment ceux concernant les interconnexions. En 2008, le Danemark à produit 34,6 TWh et en a consommé 36,1. Il a donc un solde importateur de 1,5 TWh soit 4,3 % de la production. Seulement il faut regarder en détail les flux import-export. Il a importé 12,9 TWh (soit 38 % de la production !) et en a exporté 11,4 (soit 33 %). On voit donc que le Danemark est extrèmement dépendant de ses voisins via ses nombreuses interconnexions. Et ses 3 GW éoliens installés (7 TWh produits) ne lui ont pas permis de réduire drastiquement le recours au fossile.  Si la France faisait pareil, par rapport à ses 550 TWh de production annuelle, cela voudrait dire qu’elle importerait 209 TWh et en exporterait 181. Donc le modèle Danois n’est pas transposable aujourd’hui aux grands pays européens.    

Guydegif(91)

Démonstration est encore une fois faite ci-dessus par Dan qu’il faut penser Global…tout en agissant Local ! Exemple de l’éolien danois, qui comme il est démontré par les chiffres ci-dessus par Dan ne solutionne pas leur pb Local de conso d’énergie fossile, car à défaut de pouvoir se constituer un stockage potentiel de MWs par voie de STEPs…ou autres, c’est au niveau régional que la contribution éolienne des danois permet de réduire les GES. Ceci ne les a pas empêché de faire !  Leur démarche au Global est donc une contribution positive, mais c’est grâce aux interconnexions régionales entre voisins qui permettent d’équilibrer la production éolienne, par définition aléatoire car tributaire du vent à l’instant t, et les besoins en MWs…. Les MWs éoliens mutualisés entre voisins peuvent contribuer par le même biais à un équilibre territorial élargi et réduction des GES…Il en est de même pour le Solaire, PV et autres , en l’absence de moyens de stockage ”lissants”, mais également pour les autres sources qu’on ne peut arrêter d’un simple ON / OFF, donc aussi le Nuc… Le bon sens conduit donc à se fédérer, à mutualiser, là aussi ! A plusieurs on est plus fort, c’est bien connu ! Oublions un peu l’égoïsme casanier ! A+ Salutations Guydegif(91) 

gcb

Un commentaire tout d’abord sur… l’image qui accompagne cet article : vous avez déjà vu des tours aéroréfrigérantes cracher des gaz aussi noirs que sur cette photo ? Non, car la vapeur d’eau est blanche ! J’émets une réserve sur l’idée de petites centrales proches des villes. Leur rendement est-il aussi bon (ou “mauvais”…) que celui des plus grandes ? J’en doute. Je ne comprends pas non plus cet éloge de la cogénération alors que les cycles combinés (utilisant des turbines à vapeur) permettent déjà d’augmenter les rendements énergétiques sans poser le problème des réseaux de chaleur. Mais les chiffres ici sont rares, qui permettraient de comparer…

marcob12

Merci à Dan1 pour ce document, mais ne donne qu’une vérité partielle. Sachant qu’en 2007 (Inventaire 2008 Obsersv’ER) les danois  ont produit 11 Twh via les nouveaux renouvelables (0,03 TWh hydraulique) (contre 3,1Twh en 1997) et que cette production est probablement toujours en augmentation (supposons la stagnante de 07 à 08) ils assurent donc déjà un joli 30% de leur consommation électrique via les renouvelables (hors hydraulique). Par ailleurs leur production conventionnelle a continuellement décru sur la période 1997/2007 passant de 41,1Twh à 28,3 ( en 2007). S’ils ont égalé en 2008 les 11 Twh (voir ci-dessus) des EnR  leur production conventionnelle ne doit pas dépasser 25 Twh en 2008. A noter qu’ils consommaient 30 Twh en 1987 et importaient 13% de leur consommation déjà. Ils ont donc diminué de 17% leur dépendance aux charbon (pour l’essentiel) en 21 ans. Considérant que le développement massif de l’éolien est plus récent, pas si mal. Certes, ils s’en sortent (avec leur niveau d’éolien) du fait d’un haut niveau d’interconnexion avec les voisins, aujourd’hui. Ils ont cependant le stockage en ligne de mire (2ème pays à avoir sollicité PBP) avec une volonté de déployer massivement et rapidement des véhicules électriques et le “vehicle to grid” à l’essai. En 1997, ils consommaient 34,5 Twh pour 41,7 de produits.  Ils exportaient 10,3 Twh (30% de leur production) pour en importer 2,9. Ils ne produisaient que 3,1 Twh d’éolien à l’époque, les coupables sont donc ailleurs. Sinon, les allemands sont sur la piste des piles à combustibles de puissance (centaine de kW au MW)  à (bio)gaz (fournissant chaleur et électricité avec un rendement global avoisinant 70%), une piste plus chaude que celle visant à mettre centrales à charbon ou nucléaires en plein centre-ville (ou à défaut en périphérie).

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