Production d`énergie électrique par centrale géothermique

Report
Master II GR2E
Production d'énergie électrique par
centrale géothermique
Présenté par : Mathieu Ponseel
Contexte

Réchauffement climatique

Epuisement des ressources naturelles

Climat de craintes à l’égard du nucléaire

Respect de l’objectif 2020 : 23% d’énergie électrique
renouvelable (France)
Recherche de solutions « renouvelables »
Plan de présentation
I. La géothermie
1) Présentation
2) Histoire
3) Principe
de la géothermie
II. Les centrales géothermiques (électriques)
1) Fonctionnement
des centrales géothermiques
Centrales avec cycles à vapeur d’eau
Centrales à fluide binaire
2) La
géothermie des roches fracturées
3) Comparaisons avec les autres ENR
4) La géothermie en chiffres
III. Conclusion
-L’avenir de la géothermie pour la production d’électricité
-Sources
I.1) Présentation
Phénomènes thermiques
Science qui étudie
Techniques d’exploitation
Quatre types de géothermie:
 La géothermie très basse énergie
 La géothermie basse énergie
 La géothermie moyenne énergie
 La géothermie haute énergie
Deux grands domaines :
 Production de chaleur
 Production d’électricité
T<30°C
30°C<T<90°C
90°c<T<150°C
T>150°C
I. 2) La géothermie : histoire
Début
XXe
• Début développement industriel : 1er essais
de production d’électricité
1905
• Première centrale de 20KWe à Larderello
1914
• Première centrale à turbines de 250KWe
1944
• 127MWe de puissance installés (mondiale)
1980
• 2.500MWe installés dans >23 Pays
2010
• 16.000MWe de
puissance installée
I. 2) La géothermie : histoire
Evolution de la puissance électrique mondiale installée (géothermie)
10GWe
1GWe
2nde Guerre mondiale
1MWe
100KWe
I. 3) Principe de la géothermie
Principe : Capter la chaleur des profondeurs pour l’amener
à la surface
Energie présente dans tous continents


Température du sol moyenne : 3-4°C / 100 mètres
Régions volcaniques plus favorables : jusqu’à 1.000°C / 100 mètres
Origines de la chaleur :

La radioactivité naturelle issu : uranium, thorium, potassium..

Chaleur stockée dans des nappes d’eau = réservoirs naturels
1km² roche
poreuse
15 millions
tep
Moyen d’exploitation : Le Forage
Plan de présentation
I. La géothermie
1) Présentation
2) Histoire
3) Principe
de la géothermie
II. Les centrales géothermiques (électriques)
1) Fonctionnement
des centrales géothermiques
Centrales avec cycles à vapeur d’eau
Centrales à fluide binaire
2) La
géothermie des roches fracturées
3) Comparaisons avec les autres ENR
4) La géothermie en chiffres
III. Conclusion
-L’avenir de la géothermie pour la production d’électricité
-Sources
II. 1) Fonctionnement des centrales géothermiques
Différents types de centrales :

Centrales avec cycles à vapeur d’eau (Réservoir T>150°C)
◦ Technique de l’échappement libre
◦ Technique de la condensation & double flux
En surface : mélange diphasique eau-vapeur
Eau
II. 1) Fonctionnement des centrales géothermiques
Différents types de centrales :

Centrales avec cycles à vapeur d’eau (Réservoir T>150°C)
◦ Technique de l’échappement libre
◦ Technique de la condensation & double flux
En surface : mélange diphasique eau-vapeur

Eau
Centrales à fluide binaire (Réservoir 90°C<T<150°C)
Ressource géothermale garder liquide (pompe)
Eau
Fluide
organique
II. 1) Fonctionnement des centrales géothermiques
• Système, d’exploitation
simple
Inconvénients
Avantages
Centrales avec cycles à vapeur d’eau : échappement libre
• Rendement faible : consommation
en vapeur élevée (16 à 20 t/h
pour 1MWe)
• Limitée à 1 à 5MWe
II. 1) Fonctionnement des centrales géothermiques
• Consommation faible en
vapeur : 8 à 10 t/h pour
1MW
• Fortes puissances de
turbines : 10 à 55MW
Inconvénients
Avantages
Centrales avec cycles à vapeur d’eau : condensation & double flux
• Système complexe
II. 1) Fonctionnement des centrales géothermiques
Centrales avec cycles à vapeur d’eau : condensation & double flux
II. 1) Fonctionnement des centrales géothermiques
Différents types de centrales :

Centrales avec cycles à vapeur d’eau (Réservoir T>150°C)
◦ Technique de l’échappement libre
◦ Technique de la condensation & double flux
En surface : mélange diphasique eau-vapeur

Centrales à fluide binaire (Réservoir 90°C<T<150°C°)
Ressource géothermale garder liquide (pompe)
Eau
Fluide
organique
II. 1) Fonctionnement des centrales géothermiques
• Possibilité de mettre en
parallèle plusieurs unités
Avantages
Inconvénients
Centrales à fluide binaire (cycle de Rankine)
• Taille modeste des centrales
: quelques centaines de kW
à quelques MW
• Investissement plus lourd
II. 2) La géothermie des roches fracturées
Programme européen de géothermie profonde :
Centrale de Soultz-sous-Forêts (Alsace)
-Début : 1987
-Technique : roches fracturées
-3 puits de 5000 mètres (200°C)
-1,5MWe de production nette
Enjeux :
-Nettoyer fractures naturelles
-Remonter l’eau géothermale + transformation
-Réinjecter l'eau
II. 2) La géothermie des roches fracturées
Les principaux éléments constitutifs de la centrale de Soultz
Pompes centrifuges
Filtres 150µm
Turbine à vapeur +
générateur électrique
Echangeur de chaleur
Aérocondenseurs
Séparateur eau-vapeur
Transformateur
12.000-20.000V
II. 3) Comparaison aux autres EnR
Indépendante des conditions climatiques
II. 4) La géothermie en chiffres
II. Les centrales géothermiques
Production électrique par Géothermie en Europe (GWh)
II. Les centrales géothermiques
Puissance électrique installée dans le monde (MWe)
Pays
Islande
Philippines
Salvador
Costa Rica
Kenya
Nouv. Zélande
Nicaragua
Indonésie
Mexique
Italie
USA
Turquie
Japon
Russie
Portugal
Chine
France
Allemagne
Capacité
(MWe) 2007
421,2
1969,7
204,4
162,5
128,8
471,6
87,4
992
953
810,5
2687
38
535,2
79
23
27,8
14,7
8,4
Capacité
(MWe) 2010
575
1904
204
166
167
628
88
1197
958
843
3086
94
536
82
29
24
16
6,6
% de la production
d'électricité nationale
30%
27%
25%
14%
11,2%
10%
10%
3,7%
3%
1,5%
0,3%
0,3%
0,1%
0,015%
-
Source : Geothermal Energy Association 2010
Puissance mondiale installée : 11 000MWe
Production mondiale : 67 246 GWh.
II. Les centrales géothermiques
Coût des différentes technologies de centrales électriques
Technologie
Gaz
Eolien
IGCC (thermique)
Hydraulique
Biomasse
Géothermie
Nucléaire (avancé)
Le solaire thermique
Pile à combustible
Photovoltaïque
Coût
($ / kWe)
398
1208
1490
1500
1869
1880
2081
3149
4520
4751
$
$
Source : US Energy Information Administration (EIA) 2007
Prix de cession du kWh à EDF : 0,10 à 0,13€ (Bouillante – DOM)
(Cas de la géothermie)
0,12 à 0,15€ (Métropole)
Conclusion
Sources
Document « Énergie géothermique » (Technique de
l’ingénieur) de Philippe LAPLAIGE & Jean LEMALE
Livre : « Les énergies renouvelables » de Jean Christian
Lhomme
Sites Internet : Geothermie-perspectives.fr
Geothermie-soultz.fr
Chiffres issus de l’Observ’Er / EDF : Observatoire européen
des énergies renouvelables
Bonus
Principales utilisations de la géothermie
Sources : Site web : geothermie-soultz.fr
Les ressources géothermales de France
Potentialités de géothermie profonde pour la production d'électricité en France
Source : © Atlas
Les ressources géothermales d’Europe
Potentialités de géothermie profonde pour la production d'électricité en Europe
Source : © Atlas of Europe, Hermann Haak
Les ressources géothermales du Monde
Ressources mondiales de la géothermie
Source : ADEME /BRGM

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