{"id":44240,"date":"2019-10-15T02:11:36","date_gmt":"2019-10-15T01:11:36","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/quest-ce-que-lefficacite-thermique-des-centrales-nucleaires-definition\/"},"modified":"2020-02-18T17:38:18","modified_gmt":"2020-02-18T16:38:18","slug":"quest-ce-que-lefficacite-thermique-des-centrales-nucleaires-definition","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/fr\/quest-ce-que-lefficacite-thermique-des-centrales-nucleaires-definition\/","title":{"rendered":"Qu’est-ce que l’efficacit\u00e9 thermique des centrales nucl\u00e9aires – D\u00e9finition"},"content":{"rendered":"
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Efficacit\u00e9 thermique des centrales nucl\u00e9aires.\u00a0Dans les centrales nucl\u00e9aires modernes, l’efficacit\u00e9 thermodynamique globale est d’environ un tiers (33%).\u00a0G\u00e9nie thermique<\/div>\n<\/div>\n
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Efficacit\u00e9 thermique des centrales nucl\u00e9aires<\/h2>\n

Le\u00a0rendement thermique<\/strong><\/a>\u00a0de la conversion de l’\u00a0\u00e9nergie thermique<\/a>\u00a0en\u00a0travail<\/a>\u00a0est principalement d\u00e9termin\u00e9 par la diff\u00e9rence entre les r\u00e9servoirs de temp\u00e9rature chaud et froid.\u00a0Le rendement thermique est am\u00e9lior\u00e9 si la chaleur introduite par la vapeur dans la turbine \u00e0 vapeur est \u00e0 une temp\u00e9rature aussi \u00e9lev\u00e9e que possible et si la chaleur rejet\u00e9e dans le condenseur est \u00e0 une temp\u00e9rature aussi basse que possible.\u00a0La temp\u00e9rature \u00e9lev\u00e9e dans un r\u00e9acteur \u00e0 eau l\u00e9g\u00e8re est g\u00e9n\u00e9ralement limit\u00e9e par des consid\u00e9rations de mat\u00e9riaux et de pression, tandis que la temp\u00e9rature de l’\u00e9vier est limit\u00e9e par l’environnement.<\/p>\n

\"rankine<\/a>En r\u00e8gle g\u00e9n\u00e9rale la\u00a0plupart des\u00a0centrales nucl\u00e9aires<\/strong>\u00a0fonctionne \u00e0\u00a0condensation des\u00a0turbines \u00e0 vapeur \u00e0\u00a0plusieurs \u00e9tages<\/strong>\u00a0.\u00a0Dans ces turbines, l’\u00e9tage haute pression re\u00e7oit de la\u00a0vapeur<\/a>\u00a0(cette vapeur est une vapeur presque satur\u00e9e – x = 0,995 – point C sur la figure;\u00a06 MPa<\/strong>\u00a0; 275,6 \u00b0 C) d’un g\u00e9n\u00e9rateur de vapeur et l’\u00e9chappement vers le s\u00e9parateur-r\u00e9chauffeur d’humidit\u00e9 (point D ).\u00a0La vapeur doit \u00eatre r\u00e9chauff\u00e9e afin d’\u00e9viter des dommages pouvant \u00eatre caus\u00e9s aux aubes de turbine \u00e0 vapeur par\u00a0de la vapeur de qualit\u00e9 inf\u00e9rieure<\/a>\u00a0.\u00a0Le r\u00e9chauffeur r\u00e9chauffe la vapeur (point D), qui est ensuite dirig\u00e9e vers l’\u00e9tage basse pression de la turbine \u00e0 vapeur, o\u00f9 elle se d\u00e9tend (points E \u00e0 F).\u00a0La vapeur \u00e9vacu\u00e9e se condense ensuite dans le condenseur et se trouve \u00e0 une pression bien inf\u00e9rieure \u00e0 la pression atmosph\u00e9rique (pression absolue de0,008 MPa<\/strong>\u00a0) et se trouve dans un \u00e9tat partiellement condens\u00e9 (point F), typiquement d\u2019une qualit\u00e9 voisine de 90%.<\/p>\n

Dans ce cas, les g\u00e9n\u00e9rateurs de vapeur, les turbines \u00e0 vapeur, les condenseurs et les pompes d\u2019alimentation constituent un moteur thermique, soumis aux limitations de rendement impos\u00e9es par la\u00a0deuxi\u00e8me loi de la thermodynamique<\/strong>\u00a0.\u00a0Dans des cas id\u00e9aux (pas de friction, processus r\u00e9versibles, conception parfaite), ce moteur thermique aurait une efficacit\u00e9 Carnot de<\/p>\n

\u03b7 = 1 – T\u00a0froid<\/sub>\u00a0\/ T\u00a0chaud<\/sub>\u00a0= 1 – 315\/549 = 42,6%<\/p>\n

lorsque la temp\u00e9rature du r\u00e9servoir d’eau chaude est de 275,6 \u00b0 C (548,7K), la temp\u00e9rature du r\u00e9servoir d’eau froide est de 41,5 \u00b0 C (314,7K).\u00a0Mais la centrale nucl\u00e9aire est le\u00a0v\u00e9ritable moteur thermique<\/strong>\u00a0, dans lequel les processus thermodynamiques sont irr\u00e9versibles.\u00a0Ils ne se font pas infiniment lentement.\u00a0Dans les appareils r\u00e9els (tels que les turbines, les pompes et les compresseurs), un frottement m\u00e9canique et des pertes de chaleur entra\u00eenent des pertes d’efficacit\u00e9 suppl\u00e9mentaires.<\/p>\n

Par cons\u00e9quent, les centrales nucl\u00e9aires ont g\u00e9n\u00e9ralement un rendement d’environ 33%.\u00a0Dans les centrales nucl\u00e9aires modernes, l’efficacit\u00e9 thermodynamique globale est d’environ\u00a0un tiers<\/strong>\u00a0(33%);\u00a0une puissance thermique de\u00a03 000 MWth<\/strong>\u00a0provenant de la r\u00e9action de fission est donc n\u00e9cessaire pour g\u00e9n\u00e9rer\u00a01 000 MWe<\/strong>\u00a0d’\u00e9nergie \u00e9lectrique.<\/p>\n

Pression de la chaudi\u00e8re<\/strong><\/p>\n

\"Rankine<\/a>
Le r\u00e9sultat est limit\u00e9 par le mat\u00e9riau de la cuve du r\u00e9acteur.<\/figcaption><\/figure>\n

Selon le principe de Carnot, des rendements plus \u00e9lev\u00e9s peuvent \u00eatre atteints en augmentant la\u00a0temp\u00e9rature<\/strong>\u00a0de la vapeur.\u00a0Mais cela n\u00e9cessite une augmentation des pressions \u00e0 l’int\u00e9rieur des chaudi\u00e8res ou des g\u00e9n\u00e9rateurs de vapeur.\u00a0Cependant, des consid\u00e9rations m\u00e9tallurgiques imposent des limites sup\u00e9rieures \u00e0 ces pressions.\u00a0Afin d’emp\u00eacher l’\u00e9bullition du liquide de refroidissement primaire et de fournir une marge de sous-refroidissement (la diff\u00e9rence entre la temp\u00e9rature du pressuriseur et la temp\u00e9rature la plus \u00e9lev\u00e9e dans le c\u0153ur du r\u00e9acteur), des pressions d’environ 16 MPa sont typiques pour les REP\u00a0.\u00a0<\/strong>La\u00a0cuve sous pression du r\u00e9acteur<\/a>\u00a0est l\u2019\u00e9l\u00e9ment cl\u00e9 qui limite le rendement thermique de chaque centrale nucl\u00e9aire, car elle doit r\u00e9sister \u00e0 des pressions \u00e9lev\u00e9es.<\/p>\n

De ce point de vue,\u00a0les r\u00e9acteurs \u00e0 eau supercritiques<\/strong><\/a>\u00a0sont consid\u00e9r\u00e9s comme une avanc\u00e9e prometteuse pour\u00a0les centrales nucl\u00e9aires en<\/a>\u00a0raison de son\u00a0efficacit\u00e9 thermique \u00e9lev\u00e9e<\/strong>\u00a0(~ 45% contre ~ 33% pour les REO actuels).\u00a0Les SCWR fonctionnent \u00e0 une\u00a0pression supercritique<\/strong>\u00a0(sup\u00e9rieure \u00e0 22,1 MPa).<\/p>\n

Pression du condenseur<\/span><\/strong><\/p>\n

\"Cycle<\/a>
La diminution de la pression d’\u00e9chappement de la turbine augmente le travail net par cycle mais diminue \u00e9galement la qualit\u00e9 de vapeur de la vapeur de sortie.<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

Le cas de la diminution de la temp\u00e9rature moyenne \u00e0 laquelle l’\u00e9nergie est rejet\u00e9e, n\u00e9cessite une diminution de la pression \u00e0 l’int\u00e9rieur du\u00a0<\/span>condenseur<\/span><\/strong>\u00a0(c’est-\u00e0-dire la diminution de la\u00a0<\/span>temp\u00e9rature de saturation<\/span><\/a>\u00a0).\u00a0La pression de condensation la plus basse possible est la pression de saturation correspondant \u00e0 la temp\u00e9rature ambiante (c’est-\u00e0-dire une pression absolue de\u00a0<\/span>0,008 MPa,<\/span><\/strong>\u00a0ce qui correspond \u00e0 41,5 \u00b0 C).\u00a0L’objectif de maintenir la pression d’\u00e9chappement de turbine pratique la plus basse est une raison principale pour inclure le condenseur dans une centrale thermique.\u00a0Le condenseur fournit un vide qui maximise l’\u00e9nergie extraite de la vapeur, r\u00e9sultant en une augmentation significative du travail net et de l’efficacit\u00e9 thermique.\u00a0Mais aussi ce param\u00e8tre (pression du condenseur) a ses limites d’ing\u00e9nierie:<\/span><\/p>\n