Production d’électricité sans combustion
Un point commun et une différence entre les conversions directes et les conversions indirectes d’énergie mécanique :
Les deux productions se font au moyen d’une turbine qui entraine un alternateur. Dans une centrale nucléaire, l’énergie mécanique provient d’une conversion, elle n’est pas disponible directement.
Explication de la conversion d’énergie chimique en énergie électrique dans les piles :
On met 2 produits chimiques dans 2 compartiments séparés. Lorsqu’ils réagissent ensemble, il y’a un transfert d’électrons, qui crée un courant électrique.
Comparer l’énergie électrique fournie en 2017 par le photovoltaïque à celle fournie par le nucléaire, en pourcentage de l’un par rapport à l’autre:
Enucléaire= 379,1 TWh Esolaire= 9,2TWh Es: En= 0,024; 2,24%
L’énergie nucléaire nucléaire est largement supérieur
Comment stocker de l’énergie?
On ne peut pas stocker l’énergie sous forme d’électricité car courant qui est le mobile (déplacement des électrons).
La forme d’énergie stockée dans chacun des trois systèmes décrits.
Batterie : chimique,
Barrage : Energie stockée sous forme d’Energie potentielle de pesanteur Super-conducteur : Energie électrostatique Electromagnétique.
Objets de la vie courante utilisent des batteries lithium-ion :
Les smartphones utilisent des batteries Lithium-Ion, environ 8,6 milliards de smartphone dans le monde mais problème d'esclavagisme, conditions de travail
Les avantages et les inconvénients de chacun des dispositifs
Step
Moins:
-détournement des cours d’eau
-destruction environnement
-Non transportable
Plus:
-grande capacité stockage
-Energie à la demande
-simple à conduire
Batteries
Moins:
-durée de vie limitée
-très polluant à fabriquer
Plus:
-Transportable
-Grande capacité
Super-conducteur
Moins:
-faible énergie stockée
Plus:
-grande puissance
RESUME
L’électricité permet un transport et une distribution aisés de l’énergie avec des rendements élevés.C’est une forme d’énergie indispensable au fonctionnement des sociétés modernes.Aujourd’hui, la majorité de l’électricité est encore produite par combustion grâce au pétrole et au charbon, deux ressources fossiles épuisables.Les questions de production d’électricité sans combustion et du stockage de l’énergie récupérée sont donc fondamentales pour l’avenir.
Des systèmes pour produire l’électricité sans combustion
Conversion d’énergie mécanique
Conversion directe depuis la source. Grâce au vent ou de l’eau en mouvement par exemple, il est possible de mettre en rotation le rotor d’un alternateur, permettant ainsi de produire de l’électricité.
Énergie mécanique -> Alternateur -> Énergie électrique
Exemples: éolienne, barrage
Conversion indirecte depuis la source. partir d’une source de chaleur, de l’eau est chauffée et mise en mouvement. Cela permet la mise en mouvement du rotor d’un alternateur et donc la production d’électricité.
Énergie thermique -> Générateur de vapeur -> Énergie mécanique -> Alternateur -> Énergie électrique
Exemples: réacteur nucléaire, géothermie, centrale à charbon
Les diagrammes énergétiques associées à chaque dispositif présenté
Barrage:
Energie rentrée: Energie potentielle de potentielle de pesanteur (eau) -> système de conversion: turbine (=Energie perdus : frottements) -> Energie sortie: cinétique de rotation -> Alternateur (=Energie perdus: magnétique: frottements: thermiques (Effet Joule) -> Energie électrique
Panneaux photovoltaïques:
Energie lumineuse -> Panneau photovoltaïque (=Pertes: Bande de conduction, Thermiques, Réflexion lumineuse) -> Energie lumineuse
Eolienne:
Energie rentrée: Energie cinétique Eolienne -> système de conversion turbine (= energie perdus:frottements) -> Energie sortie: cinétique de rotation -> Alternateur (=Energie perdus: magnétique: frottements: thermiques (Effet Joule) -> Energie électrique
Centrale nucléaire :
Energie rentrée: énergie nucléaire -> système de conversion réacteur (= energie perdus: thermiques) -> Energie sortie: Energie thermique -> Génerateur de vapeur (= energie perdus: thermiques) -> Energie cinétique de rotation -> Alternateur (=Energie perdus: magnétique: frottements: thermiques (Effet Joule) -> Energie électrique
Conversion d’énergie radiative
Les panneaux photovoltaïques captent les photons reçus du Soleil. Ceux-ci transfèrent leur énergie aux électrons du panneau qui se mettent alors en mouvement : de l’électricité est produite par l'effet photoélectrique
Conversion d’énergie chimique
Les réactions d’oxydoréduction sont des réactions électrochimiques, c’est--dire qu’elles se produisent par échange d’électrons. Ces réactions chimiques peuvent être utilisées pour générer un courant électrique.On retrouve cette conversion d’énergie dans les piles et les batteries
Systèmes de stockage de l’énergie
Il existe plusieurs systèmes de stockage de l’énergie par conversion de l’énergie électrique en une autre forme.Chacun présentant des caractéristiques spécifiques.
Batteries :En inversant le sens de certaines réactions d’oxydoréduction, il est possible de stocker de l’énergie sous forme chimique. Caractéristiques principales: Réutilisable, transportable
Barrages:Le stockage d’eau en hauteur constitue un réservoir d’énergie potentielle de pesanteur
Caractéristiques principales: Grandes capacité de stockage, bon rendement
Super condensateur: Grâce un déplacement de charges électriques entre deux électrodes, de l’énergie électrique peut être stockée.
Caractéristiques principales: Puissance délivré, faible capacité
Conversion d’énergie et viabilité des solutions
Rendement des conversions d’énergie
Chaque étape de conversion et de transport de l’énergie est caractérisée par un rendement, traduisant les pertes d’énergie(le plus souvent des pertes thermiques) et l’efficacité du système utilisé.
Le rendement global d’une chaîne de conversions et transport est le produit des rendements par étape:
Conversion 1: r1; conversion 2: r2; conversion 3: r3
Exemple de rendement global: dans une centrale nucléaire:
r1= Enucléaire/Ethermique r2= Ethermique/Emécanique r3= E mécanique/ Eélectrique
rcentrale= r1xr2xr3 < 1
Viabilité des solutions
Tous les systèmes de production d’électricité ou de stockage d’énergie sont source de questionnements.Il ne faut pas adopter aveuglement une nouvelle technologie parce qu’elle paraît simple à utiliser ou efficace, il faut s’interroger sur les conséquences à long terme: destruction des écosystèmes, exploitation humaine, pollution des eaux, maladies, déchets radioactifs
Production d’électricité sans combustion
Un point commun et une différence entre les conversions directes et les conversions indirectes d’énergie mécanique :
Les deux productions se font au moyen d’une turbine qui entraine un alternateur. Dans une centrale nucléaire, l’énergie mécanique provient d’une conversion, elle n’est pas disponible directement.
Explication de la conversion d’énergie chimique en énergie électrique dans les piles :
On met 2 produits chimiques dans 2 compartiments séparés. Lorsqu’ils réagissent ensemble, il y’a un transfert d’électrons, qui crée un courant électrique.
Comparer l’énergie électrique fournie en 2017 par le photovoltaïque à celle fournie par le nucléaire, en pourcentage de l’un par rapport à l’autre:
Enucléaire= 379,1 TWh Esolaire= 9,2TWh Es: En= 0,024; 2,24%
L’énergie nucléaire nucléaire est largement supérieur
Comment stocker de l’énergie?
On ne peut pas stocker l’énergie sous forme d’électricité car courant qui est le mobile (déplacement des électrons).
La forme d’énergie stockée dans chacun des trois systèmes décrits.
Batterie : chimique,
Barrage : Energie stockée sous forme d’Energie potentielle de pesanteur Super-conducteur : Energie électrostatique Electromagnétique.
Objets de la vie courante utilisent des batteries lithium-ion :
Les smartphones utilisent des batteries Lithium-Ion, environ 8,6 milliards de smartphone dans le monde mais problème d'esclavagisme, conditions de travail
Les avantages et les inconvénients de chacun des dispositifs
Step
Moins:
-détournement des cours d’eau
-destruction environnement
-Non transportable
Plus:
-grande capacité stockage
-Energie à la demande
-simple à conduire
Batteries
Moins:
-durée de vie limitée
-très polluant à fabriquer
Plus:
-Transportable
-Grande capacité
Super-conducteur
Moins:
-faible énergie stockée
Plus:
-grande puissance
RESUME
L’électricité permet un transport et une distribution aisés de l’énergie avec des rendements élevés.C’est une forme d’énergie indispensable au fonctionnement des sociétés modernes.Aujourd’hui, la majorité de l’électricité est encore produite par combustion grâce au pétrole et au charbon, deux ressources fossiles épuisables.Les questions de production d’électricité sans combustion et du stockage de l’énergie récupérée sont donc fondamentales pour l’avenir.
Des systèmes pour produire l’électricité sans combustion
Conversion d’énergie mécanique
Conversion directe depuis la source. Grâce au vent ou de l’eau en mouvement par exemple, il est possible de mettre en rotation le rotor d’un alternateur, permettant ainsi de produire de l’électricité.
Énergie mécanique -> Alternateur -> Énergie électrique
Exemples: éolienne, barrage
Conversion indirecte depuis la source. partir d’une source de chaleur, de l’eau est chauffée et mise en mouvement. Cela permet la mise en mouvement du rotor d’un alternateur et donc la production d’électricité.
Énergie thermique -> Générateur de vapeur -> Énergie mécanique -> Alternateur -> Énergie électrique
Exemples: réacteur nucléaire, géothermie, centrale à charbon
Les diagrammes énergétiques associées à chaque dispositif présenté
Barrage:
Energie rentrée: Energie potentielle de potentielle de pesanteur (eau) -> système de conversion: turbine (=Energie perdus : frottements) -> Energie sortie: cinétique de rotation -> Alternateur (=Energie perdus: magnétique: frottements: thermiques (Effet Joule) -> Energie électrique
Panneaux photovoltaïques:
Energie lumineuse -> Panneau photovoltaïque (=Pertes: Bande de conduction, Thermiques, Réflexion lumineuse) -> Energie lumineuse
Eolienne:
Energie rentrée: Energie cinétique Eolienne -> système de conversion turbine (= energie perdus:frottements) -> Energie sortie: cinétique de rotation -> Alternateur (=Energie perdus: magnétique: frottements: thermiques (Effet Joule) -> Energie électrique
Centrale nucléaire :
Energie rentrée: énergie nucléaire -> système de conversion réacteur (= energie perdus: thermiques) -> Energie sortie: Energie thermique -> Génerateur de vapeur (= energie perdus: thermiques) -> Energie cinétique de rotation -> Alternateur (=Energie perdus: magnétique: frottements: thermiques (Effet Joule) -> Energie électrique
Conversion d’énergie radiative
Les panneaux photovoltaïques captent les photons reçus du Soleil. Ceux-ci transfèrent leur énergie aux électrons du panneau qui se mettent alors en mouvement : de l’électricité est produite par l'effet photoélectrique
Conversion d’énergie chimique
Les réactions d’oxydoréduction sont des réactions électrochimiques, c’est--dire qu’elles se produisent par échange d’électrons. Ces réactions chimiques peuvent être utilisées pour générer un courant électrique.On retrouve cette conversion d’énergie dans les piles et les batteries
Systèmes de stockage de l’énergie
Il existe plusieurs systèmes de stockage de l’énergie par conversion de l’énergie électrique en une autre forme.Chacun présentant des caractéristiques spécifiques.
Batteries :En inversant le sens de certaines réactions d’oxydoréduction, il est possible de stocker de l’énergie sous forme chimique. Caractéristiques principales: Réutilisable, transportable
Barrages:Le stockage d’eau en hauteur constitue un réservoir d’énergie potentielle de pesanteur
Caractéristiques principales: Grandes capacité de stockage, bon rendement
Super condensateur: Grâce un déplacement de charges électriques entre deux électrodes, de l’énergie électrique peut être stockée.
Caractéristiques principales: Puissance délivré, faible capacité
Conversion d’énergie et viabilité des solutions
Rendement des conversions d’énergie
Chaque étape de conversion et de transport de l’énergie est caractérisée par un rendement, traduisant les pertes d’énergie(le plus souvent des pertes thermiques) et l’efficacité du système utilisé.
Le rendement global d’une chaîne de conversions et transport est le produit des rendements par étape:
Conversion 1: r1; conversion 2: r2; conversion 3: r3
Exemple de rendement global: dans une centrale nucléaire:
r1= Enucléaire/Ethermique r2= Ethermique/Emécanique r3= E mécanique/ Eélectrique
rcentrale= r1xr2xr3 < 1
Viabilité des solutions
Tous les systèmes de production d’électricité ou de stockage d’énergie sont source de questionnements.Il ne faut pas adopter aveuglement une nouvelle technologie parce qu’elle paraît simple à utiliser ou efficace, il faut s’interroger sur les conséquences à long terme: destruction des écosystèmes, exploitation humaine, pollution des eaux, maladies, déchets radioactifs
