Puissance d'une centrale nucléaire

[EspritTordu]

hummm...

bonjour
Ce qui conduit à ne pouvoir convertir qu 'environ 30% de la chaleur produite par le réacteur en énergie mécanique et donc en électricité ,c'est le deuxième principe de la thermodydamique .La centrale nucléaire fonctionne suivant le cycle de Carnot (aux soutirages près) comme une centrale classique (fuel,gaz,charbon );le réacteur ne fait que fournir de la vapeur comme une chaudière classique !

Pourriez-vous être plus clair à ce sujet? Pourquoi Carnot restreint le rendement? Est-ce parce que le gradient de température entre la chaudière nucléaire et l'eau refroidie n'est pas suffisamment élevé?
N'y a-t-il pas d'autres solution que le cycle de Carnot pour convertir idéalement la chaleur en électricité?

Bonjour,

Pourquoi une centrale nucléaire classique en France, ne fournit-elle qu'un 1GW d'électricité (25%) alors qu'elle produit près de 4 GW d'énergie thermique? Où passe l'énergie, dans les systèmes de refroidissement?

Merci d'avance.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Turbine_%C3%A0_gaz
Est-ce que dand les centrales les turbines à vapeur sont des turbines à gaz?
Le rendement de ces machines (avec rechauffage par les gaz d'échappement) est noté ici à 50/60%...

Dans le moteur EPR, Quels sont les solutions pour augmenter le rendement d'une centrale?

C'est la cogénération, la production de chaleur pour le désalement et d'électricité. Dans ce cas le rendement doit monter en flèche, non?

Est-ce que le fait d'utiliser la chaleur résiduelle d'une centrale augmente ou réduit le rendement? Est-ce que cela peut stopper la chaudière nucléaire?
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[YBaCuO]

Bonjour,

La machine de Carnot est la machine thermodynamique virtuelle qui transforme dans les conditions idéales une énergie calorifique en énergie mécanique.
Le rendement est égal à 1-Tf/Tch avec Tf la température de la source froide en Kelvin et Tch la température de la source chaude. Toutes les machines réelles sont bornées par ce rendement.

D'après la formule on se rend compte que plus l'écart de température est important plus le rendement est élevé. La température de la source froide est imposée par le milieu extérieur par exemple 20°, la température de la source chaude est contrainte par la technologie, il faut des matériaux qui resistent aux hautes températures.

Si les turbines à combustiom couplées à une turbine à vapeur peuvent monter à des rendement à 50% c'est que les turbines à combustion fonctionnent à des températures plus élevées.
Par exemple avec une turbine à combustion qui consomme 100 unités d'énergie l'alternateur couplé à cette turbine retire 31 unités mais la température de l'air à la sortie de cette turbine est encore suffisamment élever pour chauffer un second circuit qui fera tourner une turbine à vapeur qui retirera 19 unités. Au total le rendement électrique est de 50%.
Faire attention au rendement parceque ces systèmes sont aussi utilisés en cogénération dans l'exemple précédent on retire encore 33 unités mais sous forme de chaleur et le rendement global monte alors à 83%, il ne faut pas le confondre avec le rendement électrique.

Sinon pour l'EPR on arrive à améliorer le rendement en le faisant fonctionner à une température plus élevée. Je crois aussi que le combustible nucléaire est mieux utilisé, ceci ne rentre pas en compte dans le rendement thermodynamique mais il consomme moins de combustible que les centrales de la génération précédente.
Le rendement peut encore être amélioré en utilisant des composants de nouvelle génération. J'ai entendu dire que le remplacement de turbine à vapeur dans certaines centrales de 900MW avait permis de gagner 20MW soit un gain d'environ 0,7% sur le rendement.

[EspritTordu]

Dans une centrale nucléaire, y-a-t-il des turbines à combustions?

Si on augmente le nombre de turbine montées en série, l'une après l'autre, peut-on atteindre ("logarithmement"?) le 100%?

Pourquoi la récupération d'énergie calorifique est-elle limitée à 83%?

[YBaCuO]

Une turbine à combustion ressemble à peu de chose près à un réacteur d'avion à ceci près que le rotor fait tourner un alternateur.
Une turbine à combustion fonctionne selon le cycle de Brayton.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Turbine_%C3%A0_gaz
Je ne vois pas comment on pourrait l'utiliser dans une centrale nucléaire.

Pour les turbines en série cela ce fait déjà lorsque l'on considère les corps hautes, moyennes et basses pressions.
Schéma page 2 du pdf :http://mineco.fgov.be/energy/ampere_commission/D3.pdf
Une turbine à vapeur fonctionne selon le cycle de Rankine-Hirn.
http://physiquecira.free.fr/CoursPhy...ineAccueil.htm

En augmentant le nombre de turbines on tend non pas vers le rendement de 100% mais vers un rendement borné par le rendement spécifié par le cycle de Carnot.

Pour la limitation d'énergie à 83%, ces 83% comprennent un mélange de chaleur et d'électricité. Si on avait besoin seulement de chaleur on aurait pu avoir un rendement de 100% avec une chaudière ; mais pour produire de l'électricité on est obligé de libérer de la chaleur "dans la nature", ce n'est pas une limitation technologique mais une limitation physique imposée par les lois de la thermodynamique. Des notions d'entropie interviennent.

[alopex]

Hi,
Merci de citer l'article de wikipedia sur les turbine à gaz qui est excellent (normal c'est moi qui l'ai écrit...), comme celui sur les turbines à vapeur d'ailleurs dont je vous laisse deviner l'auteur...
Plus sérieusement:
La différence fondamentale entre une turbine à gaz et une turbine à vapeur, c'est que dans cette dernière, le fluide moteur subit au moins un changement d'état.
Il est possible de concevoir une turbine à gaz dont la source chaude est un réacteur nucléaire: c'est le principe des futurs réacteurs HTR qui utilisent de l'hélium comme caloporteur, donc pas de changement d'état. Il faut garder à l'esprit qu'une turbine à gaz n'est pas forcément, ni une machine à combustion interne, ni une machine à cycle ouvert, même si la plupart des machines en service le sont.
En ce qui concerne le second principe de la thermodynamique, je vous rappelle qu'il s'agit de l'un des concepts physiques les plus solides à ce jour et qui a même résisté aux révolutions quantiques et relativistes. Cette loi à des implications qui dépassent de loin les moteurs thermiques.
Cette loi indique qu'une transformation d'un système isolé s'accompagne d'une variation d'entropie positive, ce qui signifie en termes simples que le bilan global est une augmentation du désordre du système. Si une partie du système voit son entropie diminuer, alors le reste de ce système subit une augmentation d'entropie au moins égale. C'est en quelque sorte le prix à payer pour que la transformation soit possible.

[EspritTordu]

Alors je dois vous remercier.

Mais selon le schéma, une turbine à vapeur, n'est pas autre chose qu'une turbine à gaz où est traité, en aval et en amont, le fluide, non? Le changement d'état n'est pas fait par la turbine elle-même? D'ailleurs est-ce possible? Cela ne serait pas destructeur pour la turbine?

En augmentant le nombre de turbines on tend non pas vers le rendement de 100% mais vers un rendement borné par le rendement spécifié par le cycle de Carnot.

Par exemple avec une turbine à combustion qui consomme 100 unités d'énergie l'alternateur couplé à cette turbine retire 31 unités mais la température de l'air à la sortie de cette turbine est encore suffisamment élever pour chauffer un second circuit qui fera tourner une turbine à vapeur qui retirera 19 unités. Au total le rendement électrique est de 50%.

Ces deux passages précédents ne sont-ils pas contradictoires?

Cette loi à des implications qui dépassent de loin les moteurs thermiques.
Cette loi indique qu'une transformation d'un système isolé s'accompagne d'une variation d'entropie positive, ce qui signifie en termes simples que le bilan global est une augmentation du désordre du système. Si une partie du système voit son entropie diminuer, alors le reste de ce système subit une augmentation d'entropie au moins égale. C'est en quelque sorte le prix à payer pour que la transformation soit possible.

Concrètement l'entropie appartient au fluide en aval de la turbine. La turbine divise cet entropie entre le fluide entrant et le fluide sortant. (et peut augmenter la somme?). C'est cela?
Pourquoi est-ce impossible de diminuer cet entropie? Si on a une foule clairsemée où les personnes vont dans tous les sens, en compressant ou en mettant des freins(des récupérateurs d'énergie comme les barrières qui tournent l'entrée des magasins...)), les gens vont se retrouver coude à coude et l'ordre serait de retour, non?

[YBaCuO]

Alors je dois vous remercier.

Mais selon le schéma, une turbine à vapeur, n'est pas autre chose qu'une turbine à gaz où est traité, en aval et en amont, le fluide, non? Le changement d'état n'est pas fait par la turbine elle-même? D'ailleurs est-ce possible? Cela ne serait pas destructeur pour la turbine?

Lorsque l'on pense turbine à gaz on pense à la fois au compresseur d'air et à la turbine. Le rôle de compresseur dans un cycle à vapeur est rempli par un pompe hydraulique situé après le condenseur.
Pour ce qui concerne le changement d'état je crois que l'on évite autant que faire se peut qu'il se produise dans la turbine à vapeur. Ce changement d'état se produit surtout dans le condenseur.

Ces deux passages précédents ne sont-ils pas contradictoires?

Non dans l'exemple on aurait pu ajouter une troisième turbine, le rendement aurait peut-être augmenté de quelques pourcents disons à 55% au lieu de 50%. Si dans l'exemple on avait mis des machines de Carnot le rendement aurait été par exemple de 58%. Multiplier les étages ne permet pas de dépasser le rendement de Carnot.

[YBaCuO]

Si on a une foule clairsemée où les personnes vont dans tous les sens, en compressant ou en mettant des freins(des récupérateurs d'énergie comme les barrières qui tournent l'entrée des magasins...)), les gens vont se retrouver coude à coude et l'ordre serait de retour, non?

Pour compresser il faut des personnes plus ordonnées que la foule par exemple les forces de l'ordre. Il faut donc dépenser de l'énergie dans la "formation des forces de l'ordre" pour au final réordonner la foule.

[alopex]

Hi,
La on attaque les limites du savoir, on touche à la philo!
L'entropie est un concept, donc une construction de l'esprit qui permet de rendre compte de tous les phénomènes connus. On sait bien en science que mille résultats favorables à une théorie peuvent être démontés par un seul résultat défavorable. On peut savoir ce qui n'est pas mais on ne peut pas avoir de certitude sur ce qui est!
Cela dit, on n'a pas le plus petit début d'indice d'une violation du second principe et on peut dès lors considérer que ce concept à une assez forte probabilité d'être "vrai". On n'est pas du tout dans la situation d'avant la relativité ou de vraies problèmes se posaient pour interpréter certains phénomènes.

[EspritTordu]

Non dans l'exemple on aurait pu ajouter une troisième turbine, le rendement aurait peut-être augmenté de quelques pourcents disons à 55% au lieu de 50%. Si dans l'exemple on avait mis des machines de Carnot le rendement aurait été par exemple de 58%. Multiplier les étages ne permet pas de dépasser le rendement de Carnot.

Je ne suis plus... Le rendement de Carnot c'est 40%, non?

Pour compresser il faut des personnes plus ordonnées que la foule par exemple les forces de l'ordre. Il faut donc dépenser de l'énergie dans la "formation des forces de l'ordre" pour au final réordonner la foule.

Si mes barrières rotatives sont suffisamment nombreuses et déployées sur toute la surface, elles vont pomper l'énergie des quelques piétons qui vont s'engouffrer dans celle-ci, non? A force, les personnes de l'ensemble de la foule n'auront plus d'énergie pour se déplacer?

[YBaCuO]

Je ne suis plus... Le rendement de Carnot c'est 40%, non?

Le rendement de Carnot se calcul.
Par exemple avec la température de la source froide à 25°C et la source chaude à 300°C, le rendement est 1- (25+273)/(300+273)=48%
Si on élève la source chaude à 500°C le rendement grimpe à 61%.

[alopex]

N'oublions pas que les machines existantes sont très loin d'atteindre le rendement théorique du cycle de Carnot! Alors, avant de parler de remettre en cause le second principe, employons nous déjà à s'en approcher!
Le moteur thermique le plus performant actuellement à un rendement de 60% (cycle combiné GE-9H) alors que son rendement de Carnot est de:
Rcarnot = 1 - (25+273)/(1300+273) = 81%. On est encore loin du compte et pourtant on ne voit plus très bien par quels dispositifs techniques on pourrait gagner encore ne serait-ce que 2% de rendement sur ce moteur!

[EspritTordu]

Oui, Où part la différence de rendement?

[alopex]

La différence ce sont des pertes diverses qui affectent tous les organes de la machine, exemples:
- imbrûlés à la combustion,
- pertes de chaleur par les parois,
- différences de température dans les échangeurs de la chaudière de récupération,
- fuites diverses,
- dilution des gazs chaud du brûleur,
etc, etc

[EspritTordu]

Si mes barrières rotatives sont suffisamment nombreuses et déployées sur toute la surface, elles vont pomper l'énergie des quelques piétons qui vont s'engouffrer dans celle-ci, non? A force, les personnes de l'ensemble de la foule n'auront plus d'énergie pour se déplacer?

Est-ce une mauvaise image?

[invitef2715be6]

Bonjour a tous,

J'ai moi aussi une question sur la production d'énergie.
J'aimerais savoir ce que représente 150 000 kW en terme de ressource naturelle (uranium, pétrole, bois)
bref connaitre les quantités nécessaires en fonction des modes de fabrication:
nucléaire ou thermique...

Merci

[EspritTordu]

Peut-être devriez-vous commencer une nouvelle discussion, ou bien un modérateur au passage ne devrait-il pas déplacer votre message en nouvelle discussion? Le sujet serait plus clair (et vous aurez plus d'audimat potentiel!)

Votre question est intéressante, mais il reste qu'il n'est pas facile pour y répondre.
Pour le pétrole, il semble qu'on trouve un peu plus facilement, même si les valeurs ne sont pas kW (on parle de puissance) mais Kwh (on parle d'énergie). Que quelqu'un me corrige si je dis faux mais il faut diviser les kwh par 3600 (1h=3600 s) pour trouver l'énergie produite en 1 s qui correspond à la définition de la puissance... que l'on confirme SVP.

Voilà quelqu'un liens
http://fr.wikipedia.org/wiki/Tonne_%...t-p%C3%A9trole
http://www.manicore.com/documentation/equivalences.html

Pour le gaz au passage je note dans http://fr.wikipedia.org/wiki/Unit%C3...role_et_du_gaz :

Pour additionner gaz naturel et pétrole, il est fréquent de travailler en barils équivalents pétrole (bep). L'énergie contenue dans un baril de pétrole équivaut à celle de 170 m³ de gaz (pour les approximations "de tête", on peut donc retenir qu'un litre de pétrole équivaut à peu près à

Plus général mais intéressant,
http://fr.wikipedia.org/wiki/Ordre_d..._(%C3%A9nergie)


En ce concerne l'uranium, il y a peu d'info dans ces liens.

Voilà un début,

[YBaCuO]

Bonsoir,

J'ai les chiffres pour 1 GW électrique ce qui correspond à la puissance d'un seul réacteur nucléaire en France qui en compte 58.

Donc 1GW électrique pendant un an correspond à:
-2,2 millions de tonnes de charbon (une tonne toutes les 12 secondes)
-1.5 millions de tonnes de pétrole
-10 millions de stères de bois (1 stère représente 1 mètre cube) à comparer à la production française de bois (30 millions de m3) ou canadienne (200 millions de m3). Notons que la Grande Pyramide d'Egypte représente 2.5 millions de m3.
-1 tonne d'uranium 235 ce qui correspond à 200 tonnes d'uranium naturel exploité à partir de 100 000 tonnes de minerais.

Voilà pour les ordres de grandeurs.

Rappelons que le kW est une unité de puissance or une certaine quantité de combustible ne contient pas une puissance mais une quantité d'énergie (puissance fois un temps), on compte alors en kWh, Gj ou encore Tep

[invitef2715be6]

Donc si je récapitule bien,
ce ne sont de pas 150 000 kW mais 150 000 kWh car dans mon cas il s'agit d'une consommation (donc d'une énergie). D'ailleurs celle ci est consomée sur un an.
Ainsi si je comprend bien vos réponses, pour produire les 150 000 kW (ou 150 MW ou 0.15 GW)qui seront consommés j'ai besoin de:
Soit 0.15*2.2=0.33 millions de tonnes de charbon
ou
0.15*1.5=0.225 millions de tonnes de pétrole
.........
.
.
.
Pardonnez moi mais en me relisant je vois que les chiffres sont bien trop énormes pour être justes....
Pouvez vous me dire où mon raisonnement dérape car ça ne peut pas être ça...

merci des vos réponses qui m'ont déjà bien aidé.

[YBaCuO]

Une année compte mathématiquement 8760 heures, mais il me semble que pour les chiffres utilisés, on considère une "année industrielle" entre 7000 et 8000 par an, donc 1 GW pendant un an vaut entre 7000 et 8000 GWh.

Je précise que les chiffres correspondent aux ressources necessaire pour produire une puissance électrique, ils tiennent compte des coefficients de conversion d'énergie thermiques en énergie électrique.
Un ordre de grandeur: il faut environ 3 kWh d'énergie d'origine thermique pour produire 1kWh sous forme électrique.

Vous avez un récapitulatif des conversions d'énergie dans le Energy handbook:
http://www.cea.fr/le_cea/publications/autres_ouvrages

[EspritTordu]

Ces chiffres sont renversants! et dire que la production d'électricté aujourd'hui ne couvre que 20% de nos besoins énergétiques globaux, qu'en il y a 58 GWel, le reste étant me semble-t-il réservé aux énergies fossiles.

Rappelons que le kW est une unité de puissance or une certaine quantité de combustible ne contient pas une puissance mais une quantité d'énergie (puissance fois un temps), on compte alors en kWh, Gj ou encore Tep

Ce n'est donc pas faux de diviser l'heure en seconde pour trouver la puissance, n'est-ce pas?

[YBaCuO]

Ce n'est donc pas faux de diviser l'heure en seconde pour trouver la puissance, n'est-ce pas?

Je ne vois pas où vous voulez en venir. Peut-être qu'un exemple serait plus explicite.

[invitef2715be6]

Pour l'exemple,
J'ai estimé la consomation nocturne de mon parc informatique a 150 000 kW pour une année...(Environ 1000pc)
Afin de sensibiliser mes salariés, je souhaite établir une correspondance dépenses énergétiques/impact environnemental(épuisement des ressources naturelles)...
mais comme sur ce sujet je suis une bille...
enfin nouvel essai:
1.5 million de T de pétrole pour une prod de 1gWh annuelle. Soit 7500gW.
soit 7500 10^6kW.
(1.5x150 000)/7500.10^6= 0.00003 millions de T de étrole pour produire mes 150000kw...
soit 30 tonnes de pétrole....pour mes pc allumés la nuit...

Mon résultat est-il juste?je trouve aue ça fait beaucoup....

[EspritTordu]

J'ai estimé la consomation nocturne de mon parc informatique a 150 000 kW pour une année

KWh plutôt?

Je ne vois pas où vous voulez en venir. Peut-être qu'un exemple serait plus explicite.
01/09/2008 17h49

Si j'ai consommé 3600 KWh, cela signifie qu'en une heure j'ai consommé 3600 KW en une heure? Donc en une seconde, si la consommation durant l'heure est parfaitement régulière, cela ne signifie-t-il pas qu'en une seconde l'engin consomme 3600KWh/3600 s=1KW? Or la puissance étant je crois par définition le synonyme de l'énergie consommée en 1s, cela signifie aussi que la puissance utile est de 1KW, c'est cela?

[YBaCuO]

1.5 million de T de pétrole pour une prod de 1gWh annuelle. Soit 7500gW.
soit 7500 10^6kW

Non.
Une puissance c'est un "débit d'énergie", l'unité est le kW (W, MW ou GW). En multipliant la puissance par un temps on obtient l'énergie, l'unité est le kWh (Wh, MWh, GWh...). Remarquons que kWh signifie kW fois heure, pour cette raison la notation que l'on voit souvent écrite kW/h est fausse.
Donc dans l'exemple que j'ai considéré, j'ai considéré la consommation d'une centrale d'une puissance de 1 GW (et non GWh) pendant un an (7500h) ce qui nous fait une énergie de 1 GW*7500 h=7500 GWh (et non GW).

Pour qu'il n'y ai pas de confusion faisons un rapprochement avec les vitesses et les distances:
30 km/h * 2 h = 60 km/h*h = 60 km (les heures se simplifient)
30 kW * 2 h = 60 kWh
Au risque d'embrouiller, on peut utiliser une autre unité d'énergie comme le joule (J) qui vaut 1 Ws (watt seconde)
On a alors:
30 kJ/s * 20 s = 600 kJ/s*s= 600 kJ

Pour l'exemple,
J'ai estimé la consomation nocturne de mon parc informatique a 150 000 kW pour une année...(Environ 1000pc)

Je doute que ce soit des kW (150kW un PC), je pense que se sont des kWh.
donc 150kWh= 150 10^-6 GWh
Ce qui necessite 1,5 million de tonne de pétrole *(150 10^-6)/(7500)=30 000 tonnes de pétrole.

Remarque: on n'utilise quasiment pas de pétrole en pratique pour faire de l'électricité, la source dominante est le charbon.

Une autre comparaison avec l'énergie hydraulique:
Par exemple laisser allumer une lampe de 100 W pendant 2 h consomme 200 Wh (quoi de plus banal). Cela équivaut à monter plus de 7000 litres d'eau au sommet d'un batiment de trois étages (10m) (ou 14000 litres à 5m ou 3500 litres à 20m)!
Heureusement que le soleil est là pour envoyer l'eau aux sommets des montages.

[YBaCuO]

Si j'ai consommé 3600 KWh, cela signifie qu'en une heure j'ai consommé 3600 KW en une heure? Donc en une seconde, si la consommation durant l'heure est parfaitement régulière, cela ne signifie-t-il pas qu'en une seconde l'engin consomme 3600KWh/3600 s=1KW? Or la puissance étant je crois par définition le synonyme de l'énergie consommée en 1s, cela signifie aussi que la puissance utile est de 1KW, c'est cela?

Consommer 3600 kWh peut correspondre à une puissance de 3600 kW pendant une heure ou 1800 kW pendant 2 heures, bref une infinité de configuration possible.
Si cette énergie est consommée de façon constante en une heure alors on peut dire que la puissance est de 3600 kW. Pour connaitre l'énergie consommé en une seconde alors on calcule 3600 kW * 1s= 3600 kJ= 1 kWh.
Il ne faut donc pas écrire 3600KWh/3600 s=1KW mais faire une règle de trois 3600kWh/3600 s * 1s =1kWh

[EspritTordu]

une lampe de 100 W

Une lampe de 100W de consomme pas 100W tout le temps, juste au démarrage me semble-t-il. Sinon, la facture exploserait et même une simple ampoule serait hors de prix.

[inviteede7e2b6]

Une lampe de 100W de consomme pas 100W tout le temps,

bien sur que si !

[EspritTordu]

Si on utilise l'ampoule 1 heure chaque soir, pendant 1 mois.
Si l'ampoule consomme 100W continuement en 1 s, alors, sachant qu'il y a 3600 s en une heure, cela donne une consommation en 1 heure 100*3600=360 KWh (en un jour). Sur le mois de trente jours, on obtient 10800 KWh.
La consommation mensuelle d'un ménage moyen disposant de beaucoup d'autres consommateurs électriques, ne s'élève pas pour autant (imaginer alors la facture).

Aussi je me dis que l'ampoule ne consomme pas autant que 100 W réellement. La consommation exacte doit être plus irrégulière. N'y a-t-il pas un peu d'inertie qui donne un coup de main pour réduire la consommation? C'est un peu comme lorsqu'on veut mettre en mouvement une voiture, on pousse fort au départ et puis la masse de la voiture la fait aller toute seule, il suffit plus que donner des petits coups pour éviter qu'elle ne s'arrête?

[inviteede7e2b6]

tu fais une invraisemblable salade d'unités !

la lecture d'un ch'ti cours de physique te serait utile... ( celui de première S , par exemple , où ces notions sont traitées)

tu confonds notamment la mesure de puissance le WATT et la mesure d'énergie le WATT.HEURE ( facturé par EDF)

une lampe dite de "100 Watts" consomme 100 watts.heure en une heure (et non pas en une seconde !!!!!)

donc calcul à refaire ... je ramasse les copies plus tard