L'énergie thermique à flamme - EdF

Collection Nos énergies ont de l’avenir
L’énergie
thermique
à fl amme

« Comment concilier
la production d’électricité
et l’environnement ? »
« EDF est-elle
compétitive ? »
« 25 % de la population
mondiale consomme
près des 2/3 des
ressources d’énergie. »
PERFORMANCE
SÛRETÉ
MAÎTRISE DE L’ÉNERGIE
EDF, au cœur des grands enjeux
énergétiques, produit des énergies
en quantité suffi sante qui respectent
l’environnement et assurent au plus
grand nombre l’accès à l’électricité.
« La demande d’énergie
pourrait progresser de
60 % d’ici à 2030. »

EDF,
LEADER EUROPÉEN
DE LA PRODUCTION
D’ÉLECTRICITÉ
Le groupe EDF est présent sur
les principaux marchés européens
de l’énergie : au Royaume-Uni avec
EDF Energy, en Italie avec Edison et en
France où EDF est leader sur son marché.
Avec les énergies nucléaire, hydraulique,
thermique à fl amme et les autres énergies
renouvelables, EDF exploite un parc
de production d’électricité performant,
diversifi é et complémentaire.
PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ D’EDF
EN FRANCE CONTINENTALE EN 2010
407,9 TWh
86,7 %
Nucléaire
45,4 TWh
9,7 %
Hydraulique**
16,9 TWh
3,6 %
Thermique
à fl amme
* Ces valeurs correspondent à l’expression à une décimale de la somme
des valeurs précises, compte tenu des arrondis.
** Dont la production des stations de transfert d’énergie par pompage.
PUISSANCE INSTALLÉE
en France au 31 décembre 2010.
PRODUCTION NATIONALE*
ont été produits en 2010 par EDF en France.
de la production électrique ne
produit pas d’émission de gaz
à effet de serre.
PARC FRANÇAIS
19
centrales
nucléaires
439
centrales
hydrauliques
UNITÉS DE MESURE
• Le watt (W) est une unité de mesure
de puissance mécanique ou électrique.
• Le mégawattheure (MWh) correspond à la production
pendant 1 heure d’une installation
d’une puissance de 1 mégawatt (MW).
• 1 MW = 1 000 kilowatts (kW) = 1 million de watts.
• 1 térawattheure (TWh) correspond à
1 milliard de kWh.
23 tranches
thermiques
à fl amme
et
13 turbines
à combustion

Salle de commande
de la centrale thermique
de Porcheville.

Photo de couverture :
Centre de production
thermique de Martigues.
04
Une énergie qui
combine réactivité
et fl exibilité
Les centrales
thermiques à fl amme
sont particulièrement
sollicitées en raison
de leur fl exibilité.
06
Un parc en pleine
modernisation
Le programme de
modernisation des
centrales thermiques
a deux objectifs : les
rendre plus effi caces
et plus respectueuses
de l’environnement.
08
De la fl amme
à l’électricité,
comment ça
marche ?
Comprendre le
fonctionnement d’une
centrale thermique.
10
Une énergie
tournée vers
l’avenir
L’énergie thermique
face aux enjeux de
demain.
Création de la collection : Spécifi que
Conception-réalisation :
Crédits photos : Onoky/Photononstop,
Getty Images/DR, Médiathèque EDF/
Xavier Gary, Igor Meijer, Véronique Paul,
Laurent Vautrin, Michaël Zumstein
Imprimeur : JPA - RÉF. ENE963-2011
Imprimé sur papier écologique.
Une énergie prête à jaillir
Les centrales thermiques à fl amme constituent
l’un des moyens les plus effi caces pour faire
face aux variations de consommation
d’électricité, et notamment aux augmentations
fortes et soudaines de la demande. Flexibles
et réactives, elles sont capables de produire
de l’électricité très rapidement.
EDF modernise ses centrales afi n d’optimiser
leurs performances techniques et
environnementales, et investit dans
de nouvelles installations aux technologies
innovantes.
www.edf.com

L’énergie thermique à fl amme
UNE ÉNERGIE QUI
COMBINE RÉACTIVITÉ
ET FLEXIBILITÉ
La production d’électricité à partir des centrales thermiques à fl amme est la plus
répandue car le gaz ou le charbon qu’elles utilisent comme combustibles sont des
ressources naturelles abondantes. Ainsi, dans le monde, plus de 64 % de l’électricité
est produite à partir d’énergies fossiles.
Flexibles et réactives, les centrales thermiques à fl amme permettent de répondre à
la demande en électricité en période de « pic », c’est-à-dire lorsque celle-ci augmente
brutalement. EDF ajuste en permanence la production à la consommation car
l’électricité ne peut être stockée. L’entreprise a donc besoin de moyens de production
capables de démarrer très vite. L’hydraulique répond pour une part à cette nécessité.
Mais le thermique à fl amme est aussi sollicité car il est très fl exible : on peut le faire
démarrer rapidement (l’électricité est produite en quelques heures seulement, et en
12 minutes à partir des turbines à combustion), l’interrompre sans problème, le garder
« en réserve ». Il est donc toujours disponible. Afi n d’améliorer ses performances
techniques et environnementales, EDF a lancé un vaste programme de modernisation
de son parc de centrales thermiques à fl amme.
04
AJUSTER
L’ajustement se
fait dans les
« dispatchings »
– le national ou
les régionaux – du
Réseau de Transport
d’Électricité (RTE),
dans lesquels les
opérateurs ont en
permanence sous
les yeux le niveau
de la consommation
et demandent
la mise en route
des moyens de
production
nécessaires à la
satisfaction de
celle-ci.
DISPONIBLE
Les centrales
au charbon
fonctionnent
entre 2 500 et
5 000 heures par an,
les centrales
au fi oul, entre 200
et 1 500 heures par
an, et les turbines
à combustion,
quelques centaines
d’heures par an.

Nouveaux moyens
de production
en France
• Cinq turbines à combustion
mises en service entre 2009 et
2011 sur les sites de Montereau
et de Vaires-sur-Marne, en
région parisienne, pour une
puissance totale de 930 MW.
• Construction d’un cycle
combiné gaz (CCG) de 430 MW
à Blénod-lès-Pont-à-Mousson
(Meurthe-et-Moselle) et
transformation de la centrale
fi oul de Martigues (Bouchesdu-Rhône)
en deux CCG
de 465 MW chacun.
Les centrales à cycle combiné
au gaz naturel (voir page 11)
permettent de diminuer
signifi cativement les émissions
de CO2 et d’oxyde d’azote et
de supprimer celles de dioxyde
de soufre.
Fonctionnement d’une TAC
Une turbine à combustion (TAC) fonctionne sur le principe
d’un réacteur d’avion auquel on aurait ajouté un alternateur :
1) l’air est fortement comprimé,
2) dans la chambre de combustion, du fi oul est injecté à l’air
comprimé. En s‘enfl ammant, il produit l’énergie nécessaire
pour faire tourner la turbine,
3) la turbine entraîne l’alternateur qui produit l’électricité.
64 % de la production mondiale d’électricité
est issue du thermique à fl amme.
05

L’énergie thermique à fl amme
UN PARC
EN PLEINE
MODERNISATION
Construit entre les années 1950 et 1980, le parc thermique à fl amme est constitué
de moyens de production diversifi és tant au niveau du combustible que de la puissance.
EDF a entrepris d’améliorer la compétitivité et la performance de ce parc en lançant
un programme de rénovation et de modernisation.
Depuis 2005, EDF a ainsi fi nalisé la mise en service de 3 650 MW de capacité de
production, dont 2 650 MW de fi oul jusqu’alors mise « sous cocon », c’est-à-dire en
réserve, et 500 MW de nouvelles turbines à combustion en région parisienne. Elles sont
capables de faire face, en quelques minutes, à « l’extrême pointe », soit à des demandes
d’électricité soudaines et importantes. Cette première mondiale était un véritable
challenge technique et humain. EDF rénove également ses centrales au charbon les plus
puissantes et a lancé ses trois premiers CCG en France. Enfi n, l’ingénierie thermique
d’EDF est mobilisée sur de nouvelles technologies : des moyens de production du futur,
encore plus performants et plus propres. On parle, par exemple, de centrales à charbon
dites de « dernière génération » (supercritiques) et de technologies de captage de CO2
(voir pages 10 et 11).
06
CENTRALES
AU CHARBON
Rénovation
de centrales
au charbon :
Cordemais,
Le Havre.

16,9 TWh ont été produits par les centrales au charbon,
fi oul et gaz d’EDF en France en 2010.
36 GW de puissance installée au niveau
Groupe, dont 11,8 GW en France.
LE SAVIEZ-VOUS ?
EDF recycle les cendres issues de la
combustion du charbon : fabrication
de béton et ciment, aménagements
routiers et ferroviaires…
www.edf.com
Optimiser les
performances
environnementales
En dix ans, EDF a réduit de 50 %
ses émissions atmosphériques.
Pour cela, plusieurs techniques
ont été développées :
– la désulfuration des fumées de
charbon, ou lavage des fumées,
permet de réduire de 90 % les
émissions de dioxyde de soufre,
– la dénitrifi cation élimine 80 %
des émissions d’oxyde d’azote.
Trois unités à Cordemais et
au Havre en sont équipées,
– les dépoussiéreurs éliminent
99 % des poussières,
– l’utilisation de combustibles
de meilleure qualité, des
charbons moins cendreux, des
fi ouls à basse teneur en soufre.
07

L’énergie thermique à fl amme
DE LA FLAMME
À L’ÉLECTRICITÉ,
COMMENT
ÇA M ARCHE ?
La centrale à fl amme produit de la vapeur pour faire tourner un alternateur, qui est
une machine rotative convertissant en énergie électrique l’énergie mécanique fournie
par un moteur.
Dans les centrales à charbon, le combustible est broyé et pulvérisé afi n d’être brûlé.
Dans les centrales au fi oul, le combustible est injecté par des brûleurs, en très fi nes
gouttelettes, dans la chambre de combustion. Le gaz, utilisé dans les cycles combinés
gaz, est mélangé à l’air comprimé dans la chambre de combustion.
08

Le principe
Quel que soit le combustible
(1), celui-ci brûle dans une
chaudière (2) – pouvant
atteindre 90 mètres de hauteur
et un poids de 9 000 tonnes –
tapissée de tubes à l’intérieur
desquels circule l’eau à
chauffer. Sous l’effet de la
chaleur, l’eau se transforme en
vapeur, laquelle est alors
envoyée (3) sous pression vers
les turbines. Les turbines (4)
tournent grâce à la vapeur. Elles
entraînent un alternateur (5)
qui produit de l’électricité à une
tension de 20 000 volts.
L’électricité est injectée sur le
réseau après avoir été portée
à 225 000 volts, ou à
400 000 volts, à l’aide d’un
transformateur de puissance.
La vapeur qui a été utilisée est
envoyée vers un condenseur (6),
dans lequel circule de l’eau
froide. Au contact de celle-ci,
la vapeur se transforme en eau,
qui est récupérée et envoyée
à nouveau dans la chaudière.
L’eau utilisée pour le
refroidissement (7) est restituée
au milieu naturel ou renvoyée
dans le condenseur.
brûleurs
FONCTIONNEMENT D’UNE CENTRALE THERMIQUE À FLAMME « CLASSIQUE »
Le traitement
des fumées
ballon
chaudière (2)
Les fumées issues de la
combustion passent à travers des
fi ltres capables de retenir 99 %
des cendres en suspension. Les
fumées sont ensuite évacuées
par de grandes cheminées (8)
pouvant atteindre 240 mètres de
haut, comme celle de la centrale
du Havre (Seine-Maritime).
Avant d’être évacuées, ces
fumées sont analysées en
permanence. Les résultats sont
envoyés à la Direction régionale
de l’environnement, de
l’aménagement et du logement
(Dreal), qui contrôle le respect
des critères.
combustible (1)
Circuit eau-vapeur
(3)
cheminée (8)
pompe
turbine (4)
alternateur (5)
condenseur (6)
eau de refroidissement (7)
(mer, rivière ou réfrigérant
atmosphérique)
Certifi cation
Le groupe EDF est certifi é
ISO 14001, label international
sur l’environnement (contrôle
de la qualité de l’air,
de l’eau, etc.).
09

L’énergie thermique à fl amme
UNE ÉNERGIE
TOURNÉE VERS
L’AVENIR
Dans les prochaines décennies, les centrales thermiques à fl amme vont
continuer de jouer un rôle déterminant dans la production d’électricité. Dans
le monde, où elles constituent toujours la principale source d’énergie. En France
également, où elles interviennent pour faire face aux demandes très fortes
d’électricité. Mais pour assumer correctement leur mission, elles font face à
un double défi : celui de l’environnement et celui de la performance.
Ainsi, réduire les émissions de CO2 est un des challenges qu’EDF entend relever
dans les prochaines années. Le groupe EDF étudie le développement de
centrales charbon dites de « dernière génération » (supercritiques).
Caractérisées par un meilleur rendement, ces centrales produisent plus
d’électricité pour une même quantité de charbon brûlé. Elles réduisent
proportionnellement les émissions de CO2, grâce à une meilleure combustion.
Leurs équipements de désulfuration et de dénitrifi cation très performants
permettent de réduire encore les émissions en oxydes de soufre, oxydes d’azote
et poussières. Parallèlement, EDF poursuit ses recherches pour tester les
technologies de captage et de stockage de CO2, qui permettront demain de
supprimer les émissions de CO2 des centrales thermiques à fl amme.
10
CAPTAGE DE CO2
EDF y travaille avec
des laboratoires
universitaires
et des partenaires
industriels
européens.

La centrale à cycle
combiné gaz
La centrale à cycle combiné gaz
(CCG) est constituée d’une
turbine à combustion (TAC) et
d’une turbine à vapeur (TAV).
À la sortie de la TAC, les gaz
d’échappement sont récupérés
dans une chaudière, ce qui
permet de produire de la
vapeur. Celle-ci est envoyée
dans la turbine à vapeur
couplée à un alternateur.
Avec la même quantité de
combustible, il y a une double
production d’électricité – celle
de la TAC et celle de la TAV –,
et donc un rendement
beaucoup plus important.
Le captage de CO2
En 2011, un démonstrateur de
recherche de captage de CO2
sera installé sur l’une des unités
de la centrale du Havre.
Le groupe s’est engagé avec
Alstom et Veolia Environnement
dans la réalisation d’un
démonstrateur de recherche
pour tester, de 2011 à 2013,
la technologie du captage
post-combustion aux amines
sur l’unité 4 de sa centrale au
charbon du Havre.
Les essais viseront à réduire :
• la consommation d’énergie
(estimée aujourd’hui à 10
points de rendement)
• la consommation d’amines
Ils permettront également :
• de vérifi er les performances
de cette technologie en milieu
industriel
• d’analyser la fl exibilité pour
l’exploitation.
Ce projet bénéfi cie du soutien
de l’Ademe.
« Le thermique à fl amme n’a
pas d’avenir car il pollue ! »
« Faux ! Le thermique à fl amme
restera un moyen effi cace pour faire
face aux pointes de consommation.
C’est le premier moyen de production
d’électricité dans le monde. Il est vrai
que la combustion de charbon, de
gaz ou de fi oul entraîne l’émission de
produits tels que le dioxyde
de soufre, l’oxyde d’azote, le gaz
carbonique et des poussières. Mais les
réglementations sont de plus en plus
strictes et les moyens techniques pour
les réduire de plus en plus
performants. »
LE SAVIEZ-VOUS ?
EDF dispose d’un savoir-faire
mondialement reconnu : EDF
construit 3 CCG au Royaume-Uni
et exploite des cycles combinés
gaz, au Vietnam et au Brésil
notamment.
11

IMPLANTATION DES CENTRALES
THERMIQUES À FLAMME EDF
EN FRANCE
Saint-Martin
Saint-Barthélémy
Guadeloupe
Saint-Pierre-et-Miquelon
SURINAM
Miquelon
Saint-Pierre
Guyane
Kourou
Jarry nord
Jarry sud
Les Saintes
Dégraddes-Cannes
Marie-Galante
Martinique
Bellefontaine
Océan
Atlantique
BRÉSIL
EDF
Cap Ampère – 1, place Pleyel
93282 Saint-Denis cedex
Pointe des
Carrières
Dirinon T T
Brennilis T T T
Quimper
Rennes
Réunion
Port est
Le Port
Siège social : 22-30, avenue de Wagram, 75008 Paris
SA au capital de 924 433 331 euros
RCS Paris 552 081 317
www.edf.com
Ref.:ENE963-2011
Cherbourg
Cordemais F
Nantes
F
Bordeaux
Bordeaux
C C
Le Havre
Tours
Toulouse
C
Orléans
Limoges
Limoges
Albi
C
Amiens
Bourges
Lille
Lille
C Bouchain
C
Paris
Paris
Montereau
T
Clermont-Ferrand
Reims
Nîmes
Nîmes
Montpellier
T
C
Lyon
Lyon
C La Maxe
G C C C Blénod
Aramon
Besançon
Grenoble
Grenoble
F G G
Martigues
Marseille
Mulhouse
Albertville
F F F F
Porcheville Gennevilliers T
T T T Vaires-sur-Marne C C Vitry-sur- Seine
Arrighi T T
F
F
Strasbourg
Nice
Vazzio
T
G
Centrale thermique
à fl amme Charbon
Centrale thermique
à fl amme Fioul
F
Lucciana
Turbine à combustion
Cycle combiné gaz
en construction
C 250 MW
C 600 MW
F
F
250 MW
600 MW
700 MW
Sites Corse et DOM-TOM
Direction Production Ingénierie Le groupe EDF est certifi é ISO 14001 Mars 2011