Centrale électrique - Définition

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Centrales utilisant une forme d'énergie renouvelable

Les énergies renouvelables correspondent à différentes sources d'énergies qui se renouvellent à l'échelle humaine.

Centrale hydroélectrique

Centrale hydroélectrique en Allemagne

L'énergie hydraulique est depuis longtemps une solution mise en œuvre dans la production d'électricité (appelée aussi hydroélectricité) car elle utilise une énergie renouvelable.

À un étranglement des rives d'un cours d'eau, un barrage est érigé qui crée une retenue d'eau. Au pied de ce barrage, on installe des turbines reliées à des alternateurs. On alimente en eau sous pression les turbines par un système de canalisations et de régulateurs de débit.

Il y a différents types de centrales hydroélectriques, notamment les micro-centrales, installées sur des rivières en tête de bassin, certaines avec un fort impact écologique.

Il existe également des centrales hydroélectriques de pompage-turbinage qui permettent d'accumuler l'énergie venant d'autres sites de productions peu flexibles (telles les centrales nucléaires) lorsque la consommation est basse, pour la restituer lors des pics de consommation.

Obstacles, défauts ou inconvénients
  • Outre que les sites potentiels se situent généralement en montagne entraînant des surcoûts importants de construction, le nombre de ces sites est limité.
  • De plus ce système implique parfois de noyer des vallées entières de terre cultivable, où les hommes vivent bien souvent depuis des générations.
  • On ne peut jamais garantir le risque 0 de rupture des barrages, en particulier lors de condition météorologique exceptionnelles.

Centrale éolienne

Parc éolien en Autriche

Dans une centrale éolienne, l'énergie électrique est produite directement par des génératrices éoliennes. Ces machines formées d'un mat, surmonté d'un générateur électrique entrainé par une hélice, elles sont positionnées idéalement sur les plans d'eau ou les collines ventées. L'alternateur permet de transformer cette énergie mécanique en énergie électrique.

Obstacles et inconvénients 

Les principaux défauts de ces éoliennes sont :

  • Une pollution visuelle du paysage relative.
  • des obstacles pour la navigation aérienne de proximité à très basse altitude.
  • Le bruit est également gênant, d'après certains témoignages, lorsque qu'une éolienne est installée près d'une habitation.
  • L'investissement est conséquent, avec des rendements sujets aux caprices du vent et assez moyens comparés à d'autres systèmes concurrents.

Centrale solaire

On distingue les centrales électriques solaires photovoltaïques des centrales électriques thermiques, ces dernières étant très peu développées.

Centrale solaire photovoltaïque

Centrale solaire photovoltaïque

Ce mode de production d'électricité avec l'énergie solaire utilise les rayonnements lumineux du soleil, qui sont directement transformés en un courant électrique par des cellules à base de silicium ou autre matériau ayant des propriétés de conversion lumière/électricité. Chaque cellule délivrant une faible tension, les cellules sont assemblées en panneaux.

Ce système, bien que de rendement faible, est très simple à mettre en œuvre et particulièrement léger. Inventé pour les besoins des satellites artificiels militaires, il est aujourd'hui très utilisé pour une production locale ou embarquée d'électricité. Ce moyen peut être utilisé comme moyen de production à l'échelon individuel. Dans une maison individuelle, 20m² de panneaux produisent, sur la totalité d'une année, ce que consomme un foyer de 4 personnes. Ils sont préconisés dans la réalisation des maisons dîtes « autonomes » ou « passives ».

Des panneaux solaires embarqués à bord de bateaux, véhicules terrestres, satellites et vaisseaux spatiaux, secondés par une batterie d'accumulateurs. Ces accumulateurs fournissent de l'énergie pendant les moments de non ou faible production des panneaux et stockent le surplus d'électricité pendant les moments de grande production.

Obstacles, défauts ou inconvénients
  • Des projets de centrale solaire dans l'espace existent. Mais outre le problème du transport de l'électricité sur terre, il faudrait dans un premier temps transporter et assembler des milliers de tonnes de matériel en orbite, sans parler des problèmes de maintenance induits par un tel système.
  • Dans une maison individuelle, il y a 2 souci. Premièrement, le coût des panneaux est encore très élevé. Ils sont surtout installés dans les pays qui aident financièrement les particuliers : par des subventions directes ou par le rachat de l'énergie produite à un tarif préférentiel. Deuxièmement, le stockage de l'énergie, car la production est irrégulière.

Centrale solaire thermique

Centrale solaire thermodynamique

Une centrale solaire thermique capte un maximum d'énergie thermique solaire en utilisant plusieurs rangées de miroirs disposés en arc de cercle face à la course du soleil, qui renvoient les rayons solaires en un seul point, le foyer. Pour que le foyer ne change pas de position en permanence, les miroirs sont orientables et pilotés par un système centralisé. À ce foyer, une chaudière contenant un liquide sert de capteur d'énergie.

Un autre système utilise des miroirs incurvés face au sud dans l'hémisphère nord munis d'un tube rempli d'un fluide qui s'échauffe aux rayons du soleil concentrés par le miroir. Le liquide est en général de l'eau qui surchauffée par l'énergie thermique solaire est conduite jusqu'à une turbine à vapeur.

Un autre système appelé tour solaire utilise l'énergie solaire pour chauffer l'air contenu dans une immense serre. L'air chauffé est alors plus léger et monte dans une cheminée où sont actionnées des turbines.

Obstacles, défauts ou inconvénients
  • Le problème de base de ce type de centrale électrique, est que l'énergie solaire est en quantité relativement faible en un point donné de la terre et, qu'elle n'utilise que la chaleur rayonnée, (rayonnement Infrarouge). La densité de puissance est faible, mais bien supérieure à celle du photovoltaïque.
  • Par ailleurs, la production est intermittente (intermittence journalière jour/nuit et saisonnière) et localement imprévisible à moyen terme (aléa météorologique). Pour réduire l'intermittence jour/nuit, voire permettre une production 24h/24, les centrales les plus modernes (comme andasol en Espagne) sont équipées de réservoirs permettant de stocker du fluide porteur chaud.

Centrale marémotrice, hydrolienne ou maréthermique

Usine marémotrice de la Rance

L'eau des mers et des océans peut également être utilisée pour produire de l'électricité.

Trois familles existent :

Obstacles, défauts ou inconvénients
  • Les moyens mis en œuvre sont lourds et demandent beaucoup d'entretien.
  • La densité de puissance est très élevée, si on reporte uniquement à la surface occupée par le barrage lui même, mais très basse si on compte la superficie recouverte par le lac de retenue.
  • Leur implantation dans un site à généralement de fort retentissement sur les écosystèmes locaux.

Centrale géothermique

La terre est composée d'une croûte, posée sur un manteau de roche en fusion. Le principe de l'énergie géothermique consiste à creuser un trou dans cette croûte, à envoyer un fluide caloporteur au fond à l'aide d'un tuyau et à récupérer ce fluide chauffé remontant par un autre tuyau. Cette chaleur fait tourner des turbines qui entraînent des alternateurs. Cette énergie est d'un usage courant en Islande où elle est facile à mettre en œuvre.

Obstacles, défauts ou inconvénients
  • La profondeur du forage nécessaire diffère selon les endroits.
  • La profondeur de forage, malgré ces variations, reste importante, ce qui entraîne un fort coût d'investissement.
  • Il existe un risque de remontée de magma.

Les investisseurs laissent donc pour l'instant les géologues rechercher des zones ayant des caractéristiques favorables avant d'entamer ce genre de projet.

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