Vous voulez de l’électricité. Pour l’obtenir, il faut généralement une turbine en rotation. Mais qu’est-ce qui tourne ? Est-ce de l’air ? C’est de la vapeur ? La réponse change tout : comment fonctionne la machine, combien elle coûte et où elle se trouve.
La plupart des gens mettent les « turbines » dans un seul seau. Ils ne devraient pas. Il y a ici deux acteurs dominants : le cycle de Brayton et le cycle de Rankine. On respire du gaz. L’autre fait bouillir de l’eau.
Comment le cycle Brayton utilise l’air comprimé
Le cycle de Brayton est le moteur des turbines à gaz. Pensez aux moteurs à réaction. Pensez à ces unités massives posées sur les toits des centrales électriques.
Le fluide de travail ici est un gaz. Généralement aérien.
Le processus commence par la compression. Un compresseur comprime l’air, augmentant sa pression et son énergie. Ce n’est pas gratuit. Cela demande du travail. Mais cet air à haute pression est préparé pour la suite.
Ensuite, chauffez.
Une source de combustion externe déverse de l’énergie dans ce gaz comprimé. Pics de température. Le gaz se dilate violemment. Ce gaz en expansion et à haute énergie se précipite dans une turbine.
Il heurte les lames. Les lames tournent. Cette rotation est un travail mécanique.
“La chaleur d’une source de combustion externe est ensuite ajoutée au gaz, provoquant sa dilatation avant son passage dans une turbine.”
C’est ici que le cycle se divise.
Dans un cycle Brayton ouvert, ce gaz épuisé s’en va tout simplement. Il sort par une cheminée d’échappement. C’est parti. Vous aspirez de l’air frais pour le prochain tour. Simple. Assez efficace pour des démarrages rapides.
Dans un cycle de Brayton fermé, le gaz reste piégé. Il est refroidi, recompressé et réinséré dans la boucle. Pas d’échappement. Juste une boucle fermée de recyclage du gaz.
Pourquoi le cycle de Rankine fait bouillir l’eau
Le cycle de Rankine est différent. Cela fonctionne sur les liquides. Plus précisément, de l’eau.
Vous ne pouvez pas simplement pomper la vapeur efficacement. Vous pompez du liquide.
Une pompe pousse l’eau vers une source de chaleur. Dans les centrales électriques conventionnelles, cette source de chaleur est une chaudière. La chaudière fait bouillir l’eau. Cela se transforme en vapeur.
La vapeur prend beaucoup plus de place que l’eau liquide. Il s’agrandit.
Cette vapeur en expansion frappe une turbine. Tout comme dans le cycle Brayton, la vapeur pousse les pales. La turbine tourne. Ce rotor entraîne un générateur. L’induction électromagnétique entre en jeu. Vous obtenez de l’électricité.
Mais attendez. Le cycle n’est pas terminé.
Dans le système Rankine, cette vapeur ne s’envole pas seulement dans l’atmosphère. Il passe par un condenseur. Ça refroidit. Elle redevient de l’eau liquide.
Ensuite, il revient à la pompe.
Gaz vs Vapeur : quel cycle correspond à vos besoins ?
Alors, lequel utilisez-vous ?
Cela dépend de ce que vous essayez de faire.
Les turbines à gaz (Brayton) sont rapides. Ils démarrent rapidement. Ils sont parfaits pour les pics de puissance, lorsque tout le monde allume le courant alternatif à 17 heures et que vous avez besoin de jus maintenant. Ils supportent bien les charges variables. Mais ils sont souvent moins efficaces en charge de base que la vapeur.
Les turbines à vapeur (Rankine) sont stables. Ce sont les bêtes de somme. Les centrales nucléaires, les centrales au charbon et même certaines centrales solaires thermiques utilisent le cycle de Rankine. Ils sont
