Comment fonctionne la production d’énergie thermique, ses principales sources, et le rôle des centrales thermiques dans la production d’électricité et les applications industrielles.
Comment fonctionne la production d’énergie thermique
La production d’énergie thermique est un domaine essentiel dans le génie thermique, un sous-ensemble de l’ingénierie mécanique. Ce processus permet de convertir différentes formes d’énergie, comme l’énergie chimique ou nucléaire, en chaleur, qui peut ensuite être utilisée pour produire de l’électricité ou pour d’autres applications industrielles.
Les principales sources d’énergie thermique
Il existe plusieurs sources principales d’énergie thermique :
Le fonctionnement des centrales thermiques
Centrales à combustibles fossiles
Les centrales à combustibles fossiles brûlent du charbon, du pétrole ou du gaz naturel pour générer de la chaleur. Cette chaleur transforme de l’eau en vapeur dans une chaudière. La vapeur sous pression tourne une turbine connectée à un générateur, produisant ainsi de l’électricité. L’équation de base pour la combustion peut être représentée comme suit :
Combustible + O2 → CO2 + H2O + Energie
Centrales nucléaires
Les centrales nucléaires utilisent la fission nucléaire, où des atomes lourds comme l’uranium-235 sont divisés en atomes plus petits, libérant une quantité considérable de chaleur. Cette chaleur est utilisée, comme dans les centrales à combustibles fossiles, pour produire de la vapeur et entraîner une turbine génératrice d’électricité. L’équation de la fission d’un atome d’uranium est :
U235 + n → Fission fragments + 2 à 3 n + Energie
Centrales utilisant la biomasse
La biomasse est une matière organique, comme le bois, les déchets agricoles ou alimentaires, utilisée pour produire de la chaleur. Lorsqu’elle est brûlée, elle dégage de l’énergie thermique de manière similaire aux combustibles fossiles.
L’énergie géothermique
L’énergie géothermique exploite la chaleur contenue dans la Terre. Cette chaleur est extraite à partir de réservoirs de vapeur ou d’eau chaude souterraine pour faire tourner des turbines. Contrairement aux autres ressources mentionnées, l’énergie géothermique est généralement disponible 24 heures sur 24.
L’énergie solaire thermique
Les systèmes d’énergie solaire thermique utilisent des miroirs ou des lentilles pour concentrer la lumière du soleil, transformant celle-ci en chaleur. Cette chaleur peut ensuite être utilisée directement ou pour produire de l’électricité via une turbine à vapeur.
Applications de l’énergie thermique
La chaleur produite par ces différentes méthodes est utilisée dans divers secteurs :
Conclusion
La production d’énergie thermique est une pierre angulaire du développement industriel moderne. En utilisant diverses sources d’énergie, les ingénieurs thermiques s’efforcent de rendre la production d’énergie plus efficace et plus respectueuse de l’environnement. Avec l’influence croissante des énergies renouvelables, l’avenir de la production d’énergie thermique promet d’être à la fois innovant et durable.