Modélisation de centrales électriques

Oxycombustion et modélisation de centrales électriques

Afin de répondre à nos futurs besoins énergétiques et de remplacer des installations obsolètes ou inefficaces, il faudra construire de nombreuses centrales électriques fonctionnant avec des combustibles fossiles dans le monde entier au cours des prochaines décennies. À l’heure actuelle, les émissions de dioxyde de carbone (CO2) résultant de la production d’énergie basée sur des combustibles fossiles contribuent lourdement aux changements climatiques que nous connaissons. Pour ces raisons, les centrales électriques de nouvelle génération fonctionnant avec des ressources fossiles doivent être conçues pour être plus efficaces et prévoir, s’il y a lieu, le captage et le stockage du CO2.

En règle générale, dans une centrale thermique, l’énergie stockée dans les combustibles fossiles tels que le charbon, le mazout et le gaz naturel est convertie en énergie thermique, puis en énergie mécanique, finalement en énergie électrique afin d’être utilisée en continu et d’être acheminée jusqu’aux utilisateurs finaux. Les centrales thermiques intègrent de nombreux procédés et systèmes, notamment de manipulation des combustibles, de combustion, de nettoyage des gaz de carneau et de production d’électricité. Toutefois, en raison des pertes d’énergie, la totalité de l’énergie générée par les combustibles ne peut être convertie en électricité et l’efficacité de la centrale s’évalue finalement à l’aune de ces pertes.

centrale au charbon

Schéma d’une centrale au charbon - Source: Alstom

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Schéma d’une centrale au charbon

Plan d’ensemble de la centrale électrique – Le schéma montre une centrale classique alimentée au charbon avec la chaudière, le système de combustion, le système de dénitrification, la turbine et la génératrice fonctionnant à la vapeur, le dépoussiéreur et le système de désulfuration.

 

Dans le but d’améliorer l’efficacité des centrales électriques et de réduire les émissions issues de la combustion de ressources fossiles, les turbines et les chaudières les plus modernes emploient de nouveaux alliages et fonctionnent en conditions supercritiques (environ 30 MPa et 625 oC). De plus, des recherches sont en cours en vue d’augmenter les températures de régime jusqu’à 700 oC, voire davantage. Si tout le monde s’accorde à penser que l’amélioration de l’efficacité est une stratégie inéluctable, la perspective de relever le défi des changements climatiques impose que les centrales de demain qui exploitent des combustibles fossiles intègrent dans leur stratégie des procédés de captage et de stockage du CO2 (CSC).

Avancées en matière de technologies associées aux centrales au charbon : Efficacité et émissions de CO2

L’oxycombustion constitue une méthode efficace pour brûler des combustibles fossiles tout en permettant le captage du CO2 par des techniques de séparation efficaces. Néanmoins, les centrales électriques à émissions presque nulles évoluent rapidement pour intégrer des systèmes et des procédés extrêmement complexes. Afin de prendre en considération l’importance de la complexité de ces systèmes et d’élaborer des outils permettant de simuler et d’analyser le fonctionnement de ces centrales électriques supercritiques et ultra supercritiques, CanmetÉNERGIE travaille à accroître ses capacités uniques de modélisation de centrales. Ces capacités nous permettent d’assister les différents protagonistes au regard de la modélisation et de la simulation de procédés intégrés, de l’optimisation du fonctionnement, de l’analyse du rendement et de l’élaboration de nouveaux concepts.

À l’aide de logiciels spécialisés et personnalisés de modélisation conceptuelle, nous avons développé des capacités avancées en matière de modélisation de processus. Ces capacités de modélisation nous permettent d’analyser et de simuler toute une gamme d’options de combustion à l’air et d’oxycombustion pour différentes configurations de centrales supercritiques alimentées par des chaudières à vapeur ou au charbon, les méthodes de traitement des gaz de carneau, le nettoyage et la compression du CO2, les unités de séparation d’air, ainsi que le développement de modèles optimisés de cycles de Rankine et de Brayton. Des modèles intégraux de chaudières supercritiques et de modèles de cogénération d’énergie ont été développés afin de simuler tous les processus d’une centrale électrique, notamment les flux massiques et énergétiques, ainsi que pour étudier la performance dynamique de la centrale si l’on modifie certaines variables opérationnelles.

Les modèles de cogénération pourront être améliorés en vue d’élaborer des simulateurs de centrales électriques qui pourront être utilisés dans le cadre d’études d’ingénierie ou aux fins de recherche et de formation.