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