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Cycles combinés et de
cogénération
Réalisé par:
SALHI Mustafa
SAISSI Abdessamad
DERRAR Abdelhakim
AMAMOU Youssef
Encadré par:
Mr. MARJANI

Contenu
Introduction
La cogénération
Cycle combiné
Conclusion
1
2
3
4

problématique
1
la production industrielle d'électricité constitue aujourd'hui le
principal moteur de croissance de la consommation de combustibles
fossiles (charbon, pétrole et gaz) dans le monde.
La limitation des réserves, quelle que soit l’ampleur de celles-ci, et
l’augmentation de la consommation devraient alors favoriser une
remontée des prix, ainsi qu'un épuisement de ressources.
D’où l’importance de rechercher à minimiser la consommation, en
retournant à des procèdes d’utilisation qui rationalisent la
consommation de ses ressources ,où apparait le rôle de la
cogénération et de cycles combinés.
1
INTRODUCTION

LA COGENERATION
Généralités
1
La cogénération est la production de chaleur et d’électricité à partir d’un
même combustible : gaz naturel, gaz de fermentation (provenant par
exemple de déchets urbains), charbon, fioul. Le combustible alimente un
moteur thermique relié à un générateur d’électricité, tandis que les gaz
d’échappement du moteur, dont la température peut monter au-delà de
450 °C, sont récupérés par une chaudière. Celle-ci alimente un système
de chauffage localisé: chauffage urbain, installations industrielles,
hôpitaux.
Le travail produit peut permettre la fourniture d‘électricité pour le
réseau.
2

LA COGENERATION
Technologies
3
2
 Il existe plusieurs types de cogénération:
- la cogénération par moteur
- le moteur Stirling
- la cogénération par turbine à combustion
- la cogénération par turbine à vapeur
- le cycle combiné
- trigénération
- la cogénération par pile à combustible

Technologies
La cogénération par moteur Moteur Stirling
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2

Technologies
La cogénération par turbine La cogénération par turbine
à combustion à vapeur
2

Technologies
Le cycle combiné
2
La trigénération

LA COGENERATION
Les combustibles utilisés
4
Tous les types de combustibles peuvent être utilisés, en fonction des
possibilités locales d'approvisionnement. Cependant, la majorité des
installations de cogénération fonctionne au gaz naturel.
La cogénération permet également d'utiliser des ressources
renouvelables comme le biogaz.
2

LA COGENERATION
Les centrales de cogénération
5
Les moteurs à combustion interne au fuel ou au gaz
Avec ces moteurs on produit de l’eau chaude et très rarement de la
vapeur. Leur puissance unitaire va de quelques dizaines de kW à
4 000 kW.
Les turbines à gaz
Elles utilisent le même combustible que les moteurs fuel ou gaz.
La température d’échappement des gaz étant de l’ordre de 500 °C, il y a
production de vapeur. Leur puissance unitaire généralement utilisée est
comprise entre 7 et 40 MW, même s’il existe des turbines à gaz de faible
puissance (de quelques dizaines de kW à 1 MW).
2

LA COGENERATION
Rendement
6
Les hauts rendements affichés par les unités de cogénération sont
calculés de la façon suivante :
où :
Pelec est la puissance électrique produite.
est la puissance thermique extraite des gaz d'échappement..
est la puissance thermique fournie par le combustible.
2

LA COGENERATION
Rendement
6
Scientifiquement, l'addition d'une grandeur électrique et thermique est
licite car ce sont deux formes d'énergie, mesurées en Joules.
Avec les pompes à chaleur le ratio de chaleur produite par l'électricité
consommée atteint souvent 400 %, mais on parle dans ces cas de
coefficient de performance (COP) et non de rendement .
De même que le COP, le « rendement cogénération » ainsi défini n'est
pas limité à 100 %.
2

LA COGENERATION
Rendement
6
on définit donc deux rendements:
•Rendement électrique
•Rendement thermique
Ce qui donnera une idée sur le ratio des deux rendements.
2

LA COGENERATION
Rendement
6
Cette production simultanée permet d’optimiser le rendement global
d’une installation en minimisant la consommation d’énergies primaires
par rapport à des productions distinctes.
En effet, quel que soit le type de la propulsion,
le rendement électrique dépasse rarement 35 % :
• pour les turbines, ce rendement varie fortement avec la charge,
• si l’on compare le rendement d’une centrale de cogénération avec le
rendement d’un ensemble classique (centrale électrique +chaufferie), le
gain est de 30 à 35 % pour la cogénération.
2

LA COGENERATION
Rendement
6
Exemples :
1- Avec une cogénération, 100 kW de combustible produisent :
• 35 kW d’électricité,
• 55 kW de chaleur,
soit un rendement de 90 %.
2 - Pour avoir les mêmes productions avec une centrale classique, il faut
• pour 35 kW d’électricité 100 kW de combustible,
• pour 55 kW de chaleur 60 kW de combustible,
soit un rendement de 90/160 = 56 %.
La différence de rendement entre les 2 types de centrales est de 34 % et
l’économie d’énergie primaire est de (160 –100)/160 = 37 %.
2

LA COGENERATION
Rendement
6
2
Rendement pour quelques installations

LA COGENERATION
Les avantages
7
Impact sur l’environnement :
les centrales de cogénération fonctionnant au gaz naturel préservent
l’environnement, car lors de sa combustion le gaz libère moins de
dioxyde de carbone (CO2) et d’oxyde d’azote (NOx) que le pétrole ou le
charbon.
La réutilisation de la chaleur permet de réduire les émissions de ces gaz
dans la nature.
1000 MW produites dans une installation de cogénération permettent de
réduire 1,25 million tonnes d’émissions de carbones par an.
2

LA COGENERATION
Les avantages
7
-Impact sur l’économie:
une réduction de la facture annuelle d’énergie de l’ordre de 10 à 45 %
par rapport à la situation sans cogénération En tant que production
décentralisée, la cogénération permet de réduire les couts
d’investissements dans les réseaux de distribution et de transport. Ainsi
les pertes d’énergie relatives à la distribution se voient de coup éliminés
(ces pertes sont évaluées dans les pays les plus développés en moyenne
à 7 %).
Grâce à l’augmentation considérable de la puissance disponible sur le
réseau ; la cogénération assure aussi une meilleure fiabilité et sécurité de
l’approvisionnement.
2

LA COGENERATION
Les Contraintes liées à la cogénération
8
La contrainte majeure de la cogénération est qu’il est impératif
d’avoir un ou plusieurs consommateurs de la chaleur ou de la vapeur
produite, à proximité de la centrale de production. Cette condition étant
remplie, on peut classer les contraintes rencontrées par la cogénération
en deux groupes : les impositions législatives et les impositions
techniques.
2

LA COGENERATION
Les Contraintes liées à la cogénération
8
Moteurs ou turbines ?
Il existe deux techniques de production :
• les turbines à gaz,
• les moteurs à combustion interne, fonctionnant au gaz ou au fuel.
Le choix dépend principalement de la puissance électrique nécessaire,
de la nature des besoins thermiques, des modalités d’utilisation de
l’énergie ainsi que du rapport des puissances thermiques et électriques
définies pour l’installation considérée. La turbine atteint des puissances
nominales plus élevées que le moteur, mais ce dernier a un temps de
démarrage plus court,
2

LA COGENERATION
La Cogénération au Maroc
9
Qu’en t-il pour le Maroc, à l’exception de
quelques grandes structures telles que l’OCP,
LASAMIR(cette dernière a lancé en 2006 un
projet de cogénération de 40 MW), la
cogénération reste un élément absent du
champ énergétique marocain. Le Maroc a tout
à gagner en engageant les mesures incitatives
nécessaires pour encourager tous les acteurs
économiques à investir dans la Cogénération.
2

LA COGENERATION
Energie produite par la cogénération
10
2

Cycle combiné
Le cycle combiné met en œuvre une turbine à gaz (alimentée par un
mélange d’air comprimé et de gaz naturel) dont la chaleur est là aussi
récupérée, mais pour être introduite dans une deuxième turbine de manière à
produire davantage d’électricité.
Le cycle combiné signifie donc plus d’électricité pour la même quantité de
combustible (donc moins d'émission de CO2).
Ce type de centrales fournit un complément de puissance durant les
pointes.
Definition
1
3

LOGO
La Turbine Gaz 9FB 50HZ
Tuyère
Arbre de
transmission
Compresseur
Turbine
Chambre de
combustion

Cycle combiné
 Une centrale de production à cycle combiné gaz est constitué :
a) d’une turbine à combustion (TAC)
b) d’une turbine à vapeur (TAV)
chacune équipée de leur propre alternateur.
La TAC utilise un combustible (gaz naturel) qui est brûlé dans la chambre de
combustion.
Les gaz produits servent à mettre en rotation une, turbine qui, couplée à son
alternateur, permet de produire de l’électricité.
A la sortie de la TAC, les gaz de combustion sont récupérés dans une chaudière,
qui produit de la vapeur.
Cette vapeur fait tourner la turbine à vapeur (TAV) qui, elle aussi, couplée à son
alternateur produit de l’électricité.
Principe de fonctionnement
2
3

Cycle combiné
Principe de fonctionnement
2
3

Cycle combiné
Avanages d’un cycle combiné
3

Cycle combiné
L'utilisation d'une 2e machine en cycle combine induit une augmentation du
rendement global si ŋ2 > 0.
 Un tel choix technique est cependant subordonne a des conditions :
techniques : les niveaux de températures atteints par la 1re machine sont-ils
suffisants ?
 mais surtout économiques, l'installation d'un cycle combine est beaucoup
plus complexe et onéreuse que celle d'un cycle simple ! calcul préalable de
rentabilité plus complique.
Rendement
3
3

Cycle combiné
rendement de ce cycle:
 A l’échelle planétaire, environ 40% de l’énergie primaire est consommée pour
la production de l’énergie électrique, cependant le rendement des centrales
Électriques actuellement en service est de l’ordre de 30%.
 Il est désormais possible d’obtenir sur ce type de centrales électriques des
rendements égaux ou supérieurs à 55%.
Rendement
3
3

Cycle combiné
La turbine gaz apporte une solution pour tirer un meilleur profit de la haute
température de la combustion d’un combustible fossile et des températures de
l’ordre de 1000°C sont couramment utilisées.
Cependant , le rendement d’une turbine gaz n’est pas supérieur à celui d’une
turbine à vapeur car, bien que l’on tire profit de la température élevée de la
combustion, on rejette de la chaleur à haute température.
La solution est un ‘’cycle combiné’’ dans lequel est couplé une turbine à gaz
(température élevée de la combustion) à une turbine vapeur (qui utilise la
chaleur rejetée par la turbine gaz) on obtient ainsi un cycle à deux étages de
température, la performance cependant, dépend directement de la qualité du
couplage. En effet il faut que la chaleur rejetée par la turbine corresponde
exactement en quantité et en température à la chaleur requise pour le cycle de
la turbine à vapeur .
Avantages d’un cycle combiné
4
3

Cycle combiné
- Diesel
- fiouls lourd et léger
- huiles résiduelles
- gaz naturel
- gaz de procédé
- gaz de synthèse
- hydrogène
- Biogaz
- gaz pauvre
combustibles
5
3

Cycle combiné
les centrales à cycle combiné se distinguent en outre par des
prix de revient du kWh très compétitifs.
inconvenients
6
3

Cycle combiné
Impacts sur l’environnement
7
3
Les cycles combinés, qui fonctionnent au gaz naturel, permettent de:
-réduire de moitié les émissions atmosphériques de dioxyde de carbone
(CO2)
-diviser par trois les oxydes d'azote (NOx)
-supprimer les émissions d'oxydes de soufre (SO2)
par rapport aux moyens de production « classiques ».

Cycle combiné
Centrale de TAHADDART
8
3

Cycle combiné
La Station thermique à cycle combiné de
Tahaddart (28 km de Tanger), la première du
genre au Maroc à utiliser la technologie du
cycle combiné, assure près de 11,5 % de
l'énergie électrique nationale produite avec le
moindre coût environnemental grâce à une
technologie performante et à l'utilisation du
gaz naturel.
Centrale de Tahddart
8
3

Cycle combiné
 Une imposante construction sert de tour de
refroidissement de l'eau qui est portée à près de deux
degrés de sa température naturelle lorsqu'elle a été captée
sur le cours de Oued Tahaddart. Une telle précaution sert à
protéger et à préserver l'écosystème de cette zone
marécageuse qui accueille une importante variété d'oiseaux
migrateurs.
 Outre ses atouts écologiques, la station thermique à cycle
combiné a le mérite de mieux s'intégrer dans son
environnement. Ses installations n'étant pas aussi grandes
que celles des stations thermiques classiques. Ce type de
stations permet une meilleure optimisation de l'espace et
une réduction de l'impact visuel lorsqu'elles se situent dans
un endroit naturel tel celui de Tahaddart.
8
3

Cycle combiné
L’emplacement retenu permettra aussi le
rapprochement des centres de production d’éléctricité
,qui se concentrent à 75% entre jorf lasfar et
mohammdia, des grands centres de consommation. Ce
rapprochement contribuera à améliorer de façon notable
l’équilibre et la sécurité national.
8
3

conclusion
la cogénération
La cogénération est une forme de production d'énergie compatible avec le
développement durable et la gestion optimale des ressources naturelles.
Sur un plan économique, cette efficacité énergétique se traduit par une réduction
significative de la facture énergétique.
Une installation de cogénération ne remplace pas totalement une chaudière, elle
la complète utilement. Cet investissement supplémentaire est synonyme de
création de nouveaux emplois, tant pour l'étude technique détaillée, que pour
l'installation et l'entretien de l'installation de cogénération.
La cogénération est donc une énergie à promouvoir qui permettra une meilleure
rentabilité des énergies fossiles.

conclusion
les cycles combinés ?
Au début des années 60, les rendements des cycles combines étaient compris
entre 25 et 30%.
Le seuil des 40% a été dépassé vers 1975.
En 2003, les rendements étaient proches de 55%.
Les dernières centrales installées font état de plus de 60% de rendement.
Cet accroissement permanent est en particulier à cause de :
Développement des performances des turbines a gaz :
taux de compression plus élevés ;
température d'entrée des gaz dans la turbine plus importante !
matériaux résistants a plus hautes températures ;
amélioration du rendement compresseur ;
Ces ameliorations entre autres, ont rendu l’utilisation des cycles combinés
comme indispensable.

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60
80
100
120
140
A B C

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