Turbine à vapeur
La turbine à vapeur transforme la chaleur en énergie mécanique puis en électricité.
De l’eau est chauffée jusqu’à devenir vapeur sous pression, laquelle fait tourner une turbine reliée à un générateur.
La turbine à vapeur reste une technologie très polyvalente : dès qu’il y a une source de chaleur importante, elle peut servir à produire de l’électricité, propulser un navire ou récupérer de l’énergie autrement perdue.
Principales applications des turbines à vapeur
1. Production d’électricité
C’est l’usage le plus répandu. Les centrales au charbon, biomasse, nucléaire, géothermiques ou solaires thermodynamiques utilisent souvent une turbine à vapeur couplée à un alternateur pour produire du courant.
2. Navires et bateaux
Les turbines à vapeur ont longtemps propulsé les grands paquebots et navires militaires. Elles restent utilisées sur certains porte-avions, sous-marins nucléaires, brise-glaces et quelques méthaniers (LNG carriers).
3. Véhicules terrestres
Des voitures, locomotives et camions expérimentaux à vapeur ont existé. Aujourd’hui cet usage est rare, mais certaines recherches portent sur la récupération de chaleur perdue via mini-cycles vapeur.
4. Industrie
Dans les raffineries, papeteries, usines chimiques ou sidérurgiques, les turbines à vapeur servent à produire simultanément électricité et chaleur utile (cogénération).
5. Valorisation de chaleur perdue
Sur certains grands navires ou sites industriels, la chaleur des gaz d’échappement peut produire de la vapeur alimentant une turbine secondaire. Cela améliore le rendement global.
Exemples de sources de chaleur utilisables
– Concentration solaire
– Géothermie
– Biomasse
– Déchets valorisés énergétiquement
– Réacteur nucléaire
– Gaz, fioul, charbon
– Chaleur industrielle récupérée
Ce principe est utilisé avec différentes sources de chaleur : la concentration solaire, où des miroirs focalisent les rayons du soleil pour chauffer un fluide ; la géothermie, qui exploite la chaleur naturelle du sous-sol ; mais aussi la biomasse, la récupération de chaleur industrielle ou certaines centrales thermiques classiques.
Polyvalente et éprouvée, la turbine à vapeur permet de valoriser diverses ressources énergétiques pour produire une électricité pilotable et continue selon la source utilisée.
La turbine à vapeur reste une technologie centrale pour transformer une source de chaleur en électricité.
Son grand avantage est sa polyvalence : tant qu’une chaleur suffisante permet de produire de la vapeur, elle peut être utilisée. Ainsi, les centrales solaires à concentration utilisent des miroirs pour chauffer un fluide puis générer de la vapeur qui entraîne une turbine.
En géothermie, la chaleur du sous-sol permet également d’alimenter des turbines via vapeur directe, vapeur flash ou cycles secondaires selon la température du gisement.
Cette technologie sert aussi avec la biomasse, la valorisation énergétique des déchets, la récupération de chaleur industrielle ou les centrales à cycle combiné.
Elle permet donc de produire une électricité pilotable, stable et souvent compatible avec du stockage thermique, notamment dans le solaire concentré.
À l’avenir, les turbines à vapeur et cycles associés peuvent jouer un rôle important pour valoriser des chaleurs renouvelables ou perdues, en complément du solaire photovoltaïque et de l’éolien.
Sources:
https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2017/Aug/IRENA_Geothermal_Power_2017.pdf
https://docs.nrel.gov/docs/fy19osti/71793.pdf
https://gdr.openei.org/files/1067/CEMAC%20GTO_Technical%20Report_Geothermal%20Power%20Plant%20Turbines_Final_06.01.2018.pdf
https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2017/Aug/IRENA_Geothermal_Power_2017.pdf
