III La production d'éléctricité
L'eau du circuit
primaire, chauffée à très haute température
dans le réacteur, sert d'intermédiaire pour le
transfert d'énergie entre la chaleur produite par la
réaction nucléaire et la production
d'éléctricité. Ce transfert s'effectue notament
grâce à l'utilisation de la vapeur.
1. Le générateur de vapeur
a. Un échangeur de chaleur
Le générateur de vapeur est un échangeur de chaleur où deux circuits d'eau circulent :
-L'eau chaude à très haute pression du circuit primaire qui sort du réacteur, circule dans des milliers de tubes - en "U inversé"- conducteurs de chaleur.
-La chaleur de l'eau du circuit primaire est transférée à l'eau du circuit secondaire. Ce circuit est en contact avec la surface externe des tubes en U. Selon la puissance du réacteur, 2, 3 ou 4 générateurs de vapeurs sont prévus. Avec le réacteur, ils sont installés dans un bâtiment hermétique à double parois : le bâtiment réacteur.
b. La production de vapeur
Un générateur de vapeur est un réservoir cylindrique qui contient 3000 à 5000 tubes en U inversé. Ces tubes ont un diamètre de 2 cm environ et montent dans le cylindre jusqu'a 10 m. L'eau chaude du circuit primaire qui vient du réacteur, circule dans ses tubes. L'eau du circuit secondaire circule le long de la surface externe des tubes. Quand cette eau entre en contact avec les tubes chauds, elle entre en ébullition et se transforme en vapeur.
c. L'entretien
Les tubes du générateur de vapeur doivent être parfaitement étanches pour éviter tout transfert entre l'eau du circuit primaire et celle du circuit secondaire. Des tests sont effectués régulierement pour repérer des fuites : de l'hélium est mis sous pression dans le tube, ainsi, si le gaz s'échape le trou peut être localisé. Pour vérifier l'état du matériau des tubes, les courants de Foucault sont utilisés.
2. La turbine et l'alternateur
a. La turbine
Une turbine à vapeur est constituée d'une série d'aubes montées sur un axe. Le flux de vapeur applique une pression sur les aubes ce qui entraîne la rotation de l'axe.
La turbine à vapeur comporte généralement un corps haute-pression et plusieurs corps basse-pression. La vapeur sortant du circuit secondaire entre dans la partie haute pression de la turbine et entraine l'axe. La température de la vapeur et sa pression diminuent (de 60 à 10 bar). Puis la vapeur est séchée puis surchauffée pour supprimer les gouttelettes d'eau nuisibles pour les aubes. La vapeur est ensuite dirigée vers le corps basse-pression où la pression atteint 0.05 bar, presque le vide.
b. L'alternateur
Un alternateur est constitué d'un rotor tournant à l'intérieur d'un stator. Le rotor est un électro-aimant énergisé par un courant continu. Le stator est constitué d'un cylindre fixe avec des enroulements en cuivre. La turbine entraine le rotor et permet ainsi de produire un courant alternatif triphasé, ce qui facilite le transport du courant. Le rotor tourne à vitesse constante pour obtenir un courant alternatif de fréquence 50 Hz.
La tension à la sortie de l'alternateur est portée à 380 kV par des transformateurs afin de limiter, autant que possible, les pertes durant le transport au consommateur.
L'augmentation de la tension implique une diminution de l'intensité du courant. L'électricité transite via un poste haute-tension au réseau qui relie les principales centrales électriques nationales et internationales. Finalement, l'électricité est transportée aux consommateurs via des transformateurs pour obtenir la tension voulue.
3. Le circuit de refroidissement
a. Le condenseur
Pour maximiser le rendement de la turbine à vapeur, la pression et la temperature de la vapeur à la sortie de la turbine doit être aussi basse que possible. La vapeur circule sur des tubes remplis d'eau froide. Aux contact de ceux-ci, elle se condense. L'eau récupérée est renvoyée dans les générateurs de vapeur.
b. La tour de refroidissement
La tour de refroidissement permet de
refroidir l'eau qui traverse les
tubes du condenseur, appelée eau de refroidissement. Cette eau
est disposée sur grille horizontale en bas de la tour, et tombe
en petites gouttelettes vers le bas. La tour est haute pour permettre
un flux d'air ascendant qui refroidit
l'eau. 1,5 % de l'eau s'évapore et s'échappe de la tour
de refroidissement sous forme d'un nuage. L'eau restante est
collectée dans un bassin à la base de la tour puis
mélangée avec l'eau du fleuve et ensuite renvoyée
dans le condenseur.
1. Le générateur de vapeur
a. Un échangeur de chaleur
Le générateur de vapeur est un échangeur de chaleur où deux circuits d'eau circulent :
-L'eau chaude à très haute pression du circuit primaire qui sort du réacteur, circule dans des milliers de tubes - en "U inversé"- conducteurs de chaleur.
-La chaleur de l'eau du circuit primaire est transférée à l'eau du circuit secondaire. Ce circuit est en contact avec la surface externe des tubes en U. Selon la puissance du réacteur, 2, 3 ou 4 générateurs de vapeurs sont prévus. Avec le réacteur, ils sont installés dans un bâtiment hermétique à double parois : le bâtiment réacteur.
b. La production de vapeur
Un générateur de vapeur est un réservoir cylindrique qui contient 3000 à 5000 tubes en U inversé. Ces tubes ont un diamètre de 2 cm environ et montent dans le cylindre jusqu'a 10 m. L'eau chaude du circuit primaire qui vient du réacteur, circule dans ses tubes. L'eau du circuit secondaire circule le long de la surface externe des tubes. Quand cette eau entre en contact avec les tubes chauds, elle entre en ébullition et se transforme en vapeur.
L'eau du circuit primaire n'est
pas en contact avec l'eau du circuit primaire qui provient du
réacteur, du centre de l'activité radioactive. Le
générateur de vapeur assure donc une barrière
entre le réacteur et l'environnement.
c. L'entretien
Les tubes du générateur de vapeur doivent être parfaitement étanches pour éviter tout transfert entre l'eau du circuit primaire et celle du circuit secondaire. Des tests sont effectués régulierement pour repérer des fuites : de l'hélium est mis sous pression dans le tube, ainsi, si le gaz s'échape le trou peut être localisé. Pour vérifier l'état du matériau des tubes, les courants de Foucault sont utilisés.
2. La turbine et l'alternateur
a. La turbine
Une turbine à vapeur est constituée d'une série d'aubes montées sur un axe. Le flux de vapeur applique une pression sur les aubes ce qui entraîne la rotation de l'axe.
La turbine à vapeur comporte généralement un corps haute-pression et plusieurs corps basse-pression. La vapeur sortant du circuit secondaire entre dans la partie haute pression de la turbine et entraine l'axe. La température de la vapeur et sa pression diminuent (de 60 à 10 bar). Puis la vapeur est séchée puis surchauffée pour supprimer les gouttelettes d'eau nuisibles pour les aubes. La vapeur est ensuite dirigée vers le corps basse-pression où la pression atteint 0.05 bar, presque le vide.
b. L'alternateur
Un alternateur est constitué d'un rotor tournant à l'intérieur d'un stator. Le rotor est un électro-aimant énergisé par un courant continu. Le stator est constitué d'un cylindre fixe avec des enroulements en cuivre. La turbine entraine le rotor et permet ainsi de produire un courant alternatif triphasé, ce qui facilite le transport du courant. Le rotor tourne à vitesse constante pour obtenir un courant alternatif de fréquence 50 Hz.
La tension à la sortie de l'alternateur est portée à 380 kV par des transformateurs afin de limiter, autant que possible, les pertes durant le transport au consommateur.
L'augmentation de la tension implique une diminution de l'intensité du courant. L'électricité transite via un poste haute-tension au réseau qui relie les principales centrales électriques nationales et internationales. Finalement, l'électricité est transportée aux consommateurs via des transformateurs pour obtenir la tension voulue.
3. Le circuit de refroidissement
a. Le condenseur
Pour maximiser le rendement de la turbine à vapeur, la pression et la temperature de la vapeur à la sortie de la turbine doit être aussi basse que possible. La vapeur circule sur des tubes remplis d'eau froide. Aux contact de ceux-ci, elle se condense. L'eau récupérée est renvoyée dans les générateurs de vapeur.
b. La tour de refroidissement
La tour de refroidissement permet de
refroidir l'eau qui traverse les
tubes du condenseur, appelée eau de refroidissement. Cette eau
est disposée sur grille horizontale en bas de la tour, et tombe
en petites gouttelettes vers le bas. La tour est haute pour permettre
un flux d'air ascendant qui refroidit
l'eau. 1,5 % de l'eau s'évapore et s'échappe de la tour
de refroidissement sous forme d'un nuage. L'eau restante est
collectée dans un bassin à la base de la tour puis
mélangée avec l'eau du fleuve et ensuite renvoyée
dans le condenseur.