Notes sur les Turbines à Gaz

Introduction

• Les turbines à gaz sont plus simples que les turbines à vapeur ou les cycles frigorifiques car il n'y a pas de changement d'état.
• Utilisation de la loi des gaz parfaits.

Composition d'une Turbine à Gaz

• Une turbine à gaz comprend :
  • Compresseur
  • Chambre de combustion
  • Partie turbine
• Différence entre une chambre de combustion et une chaudière :
  • Dans une chambre de combustion, il y a un mélange entre le fluide chauffé et les gaz de combustion.

Types de Turbines à Gaz

1. Turbines aérodérivatives
   • Inspirées des turbines de l'aviation.
   • Utilisées souvent en stationnaires pour produire de l'électricité.
2. Turbines non aérodérivatives
   • Conception différente, plus adaptée aux installations fixes.

Fonctionnement d'une Turbine à Gaz

• Cycle de fonctionnement :
  1. L'air est comprimé dans un compresseur.
  2. L'air comprimé passe dans la chambre de combustion où il est chauffé par combustion.
  3. L'air chaud se détend dans la turbine, produisant du travail.
• Le travail produit par la turbine > travail consommé par le compresseur.
• Récupération d'électricité à partir du travail excessif.

Caractéristiques de la Turbine

• L'air pénètre par l'extérieur et se réchauffe au cours du processus.
• La chambre de combustion doit être conçue pour contenir la combustion et les gaz chauds.
• Systèmes de sécurité intégrés pour prévenir les explosions.

Diagramme de Fonctionnement

• Utilisation d'un diagramme HS (enthalpie-entalpie) pour représenter le cycle.
• Travail moteur : Wm = ΔH - Q.
• Rendement : Wm/Q (travail récupéré par rapport à l'énergie fournie).

Limites et Contraintes

• Contraintes naturelles :
  • Pression atmosphérique aux points 1 et 4.
  • Température extérieure affecte le rendement.
• Contraintes technologiques :
  • Pression et température dans la chambre de combustion.
  • Matériaux spéciaux pour résister à des températures élevées.

Exemples Réels

• Une turbine de 230 MW avec des caractéristiques spécifiques:
  • Température extérieure : 15°C
  • Température max : 1400°C
  • Rendement de compresseur et turbine : 90%.
  • Débit d'air : 437 kg/s, débit de gaz naturel : 11,2 kg/s.
  • Rendement total de 41% avec possibilité de récupération de chaleur pour un cycle à vapeur.

Conclusion

• Les turbines à gaz jouent un rôle crucial dans la production d'électricité et représentent une technologie efficace et adaptable.
• Importance de comprendre leur fonctionnement pour optimiser leur utilisation et améliorer les rendements.