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Les centrales supercritiques face au défi environnemental de la filière charbon

Réacteur ultra-critique

Partie du réacteur ultra-supercritique RDK 8 de Karlsruhe (©Alstom/EnBW/PEi)

Fin février, Alstom a annoncé avoir remporté au sein d’un consortium un contrat de plus d’un milliard d’euros pour la fourniture d’une centrale à charbon supercritique. Celle-ci doit être installée à Tanjung Bin (Malaisie) d’ici à 2016. Présentation de cette technologie d’avenir pour la filière charbon.

Charbon et environnement : quelles perspectives ?

Une centrale à charbon produit de l’électricité en utilisant la chaleur générée par la combustion du charbon. Le prix de ce combustible est aujourd’hui peu élevé et relativement stable, ce qui lui permet de conserver une certaine compétitivité. Cependant, les centrales à charbon sont critiquées en raison de leur impact sur l’environnement : elles constituent une source de pollution atmosphérique importante (poussières, NOx, SO2) et d’effet de serre (CO2). Lors de sa combustion, le charbon émet plus de gaz carbonique que le pétrole et à fortiori le gaz.

Eu égard à l’importance du charbon dans le mix électrique mondial (production de 40,3 % de l’électricité mondiale en 2009)(1) et des préoccupations environnementales actuelles, la filière se doit d’évoluer pour améliorer son empreinte environnementale. Des travaux de recherche et développement sont donc engagés : techniques de « charbon propre », capture et stockage du CO2, etc.

Technologie supercritique : une plus grande efficacité, moins de gaz à effet de serre

Les centrales à charbon dites « supercritiques » et « ultra-supercritiques » permettent à des industriels comme Alstom d’augmenter la quantité d’énergie produite par tonne de charbon (efficacité thermique). Ces centrales fonctionnent à partir de vapeur portée à une température et une pression plus élevées que les centrales à charbon traditionnelles : 565°C/585°C à une pression de 221 bars pour les supercritiques, 600°C/620°C à 275 bars pour les ultra-supercritiques (contre près de 560°C à 180 bars pour les centrales classiques). 

Ces conditions de pression permettent d'améliorer l’efficacité globale des centrales supercritiques qui nécessitent un apport moins important de charbon par kWh produit. Les émissions de dioxyde de carbone, d'oxydes d'azote et de soufre ou de poussières sont diminuées(2).

En 2009, selon les estimations de l’Agence Internationale de l’Energie (AIE), le rendement moyen mondial des centrales à charbon était d’environ 2 083 kWh/tonne de charbon (soit une efficacité d’un peu plus de 30%). En Europe, ce chiffre était d’environ 2 630 kWh/tonne (efficacité de 38%). Avec les centrales supercritiques, cette efficacité thermique atteint plus de 45%.

Notons que les cycles supercritiques existent toutefois depuis plusieurs décennies. Ils sont aujourd’hui applicables à un nombre croissant de centrales à charbon grâce à une meilleure résistance des matériaux utilisés (notamment au fluage(3) des tubes de la chaudière). A ce jour, plus de 90% des centrales à charbon produisent encore de l’électricité sans avoir recours à cette technologie.

Quelques projets de centrales supercritiques

A Tanjung Bin, Alstom est en charge de la fourniture des principaux équipements de la future centrale supercritique et de sa mise en service : l'ensemble turbine à vapeur et alternateur supercritique de 1 000 MW (soit la puissance moyenne d’un réacteur nucléaire), la chaudière supercritique, les systèmes auxiliaires tels que les broyeurs à charbon et les réchauffeurs d'air, etc.

Les émissions de polluants seront également limitées grâce à l'utilisation de brûleurs à faible dégagement de NOx, d'un système performant de désulfuration des fumées par eau de mer et de filtres à manche.

Alstom était déjà en charge de la construction d’une autre centrale supercritique en Malaisie (à Manjung). Le groupe français a fourni à ce jour une capacité supercritique de plus de 80 GW dans le monde. En particulier, la centrale à charbon ultra-supercritique RDK 8 (capacité de 912 MW électriques et jusqu’à 220 MW thermiques), construite en Allemagne(4) aux côtés d’EnBW, permettra de produire de l’électricité et de la chaleur dès le printemps 2012.

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Sources / Notes

(2) Selon Alstom, chaque % de rendement thermique supplémentaire réduit les émissions de CO2 de 2 à 3%.

(3) Phénomène physique qui provoque la déformation irréversible d’un matériau soumis à une contrainte constante, ici de température et de pression.

(4) Centrale installée à Karlsruhe