Technologies de production d’électricité à partir de combustibles fossiles
Production classique à l’aide de vapeur
Les turbines à vapeur, les unités de production à vapeur et les unités de production thermique sont des systèmes à combustion externe lorsqu'ils utilisent des combustibles fossiles pour produire la vapeur. Le rendement thermique des unités à vapeur est d'environ 35 %, ce qui signifie que 35 % de l'énergie contenue dans le combustible est transformée en électricité. La proportion restante de 65 % de cette énergie est soit perdue par la cheminée (environ 10 %), soit évacuée avec l'eau de refroidissement du condenseur (en général, 55 %). La taille des unités de production par turbine à vapeur alimentées aux combustibles fossiles va de 1 à plus de 1 000 mégawatts. Normalement, les installations de ce genre ont une vie utile de plusieurs décennies, et des unités de production à vapeur plus efficaces ne sont utilisées que dans les centrales plus récentes.
Turbines à combustion
Les unités à combustion interne comprennent les turbines à gaz fixes, également appelées turbines à combustion, et les moteurs à combustion interne à mouvement alternatif. Ces unités ont généralement une taille inférieure à 100 mégawatts et elles sont considérées comme moins efficaces que les turbines à vapeur. Cependant, puisque les générateurs à turbine à gaz n'ont pas besoin de chaudière ni d'apport de vapeur ou de condenseur, le coût des investissements est beaucoup plus bas pour une unité à turbine à gaz que pour une unité à vapeur. Les unités à turbine à gaz ont un temps de démarrage rapide comparativement aux unités à turbine à vapeur et, en raison de leur relativement petite taille, elles peuvent être installées dans divers sites; elles se prêtent donc bien à la production pendant les périodes de pointe, lorsque la demande dépasse la puissance installée des grandes centrales électriques, de même qu'en cas d'urgence ou pour répondre à des besoins d'énergie de réserve. Les gaz d'échappement d'une turbine qui sont rejetés dans l'atmosphère contiennent une quantité importante de chaleur. Les turbines à gaz sont principalement utilisées dans les centrales dites à cycle mixte.
Unités à cycle mixte
Dans une unité à cycle mixte, une turbine à gaz est tout d'abord utilisée pour produire de l'électricité. Les gaz d'échappement chauds de la turbine servent ensuite à fournir la totalité ou une partie de la chaleur requise par la chaudière qui produit de la vapeur; puis, cette vapeur actionne une turbine génératrice à vapeur qui produit une quantité additionnelle d'électricité. Cette méthode est plus efficace que l'utilisation isolée des turbines à combustion ou des unités de production à vapeur. Le rendement thermique des unités à cycle mixte est d'environ 50 %. Dans ces unités, de multiples turbines à gaz peuvent être utilisées pour alimenter une turbine à vapeur.
Cogénération
Les unités de cogénération, aussi appelées unités de production combinée de chaleur et d'électricité, utilisent la chaleur pour produire de l'électricité ou pour d'autres applications thermiques sur place. La cogénération est le moyen le plus efficace d'employer l'énergie, car elle permet de récupérer l'énergie thermique afin de s'en servir pour fournir des services (par exemple, chauffer des locaux) ou pour d'autres procédés industriels tels que la production de vapeur. Le rendement thermique de ce procédé peut atteindre jusqu'à 75 % de l'énergie utilisée comme matière première.