Génération d'électricité – Qu'est-ce que c'est, comment c'est produit, renouvelables

Nous expliquons ce qu’est la génération d’énergie électrique, ses types et comment elle est produite. En outre, les étapes du secteur de l’électricité.

Une grande partie de notre vie quotidienne dépend de l’énergie électrique.

Qu’est-ce que la production d’électricité ?

La génération d’ énergie électrique englobe l’ ensemble des différents processus par lesquels l’électricité peut être produite , ou ce qui revient au même, transformer d’autres formes d’ énergie disponibles dans la nature ( chimique , cinétique , thermique , lumineuse , nucléaire , etc.) en énergie électrique utilisable. énergie.

La capacité à produire de l’électricité est l’une des principales préoccupations de l’ humanité contemporaine , étant donné que sa consommation s’est généralisée et normalisée depuis sa découverte au XIXe siècle, au point de devenir indispensable dans notre vie quotidienne. Nos maisons, nos industries , l’éclairage public, voire nos appareils personnels dépendent d’un approvisionnement constant et stable en énergie électrique.

Ainsi, la consommation mondiale d’énergie est en nette augmentation . Alors qu’en 1900 la consommation énergétique mondiale était à peine de 0,7 Terawatts (0,7 x 10 ¹² W), en 2005 elle était estimée à environ 500 Exajoules (5 x 10 ²⁰ J), soit 138 900 Terawatts.

Le secteur industriel est le plus grand consommateur de tous et, par conséquent, le monde développé (ce qu’on appelle le premier monde) est responsable des pourcentages de consommation les plus élevés. Les États-Unis, par exemple, consomment 25 % de l’énergie produite dans le monde.

Par conséquent, la recherche de moyens nouveaux et plus efficaces pour l’obtenir est un domaine dans lequel d’énormes ressources scientifiques et technologiques sont investies, en particulier à une époque où les effets climatiques de l’industrialisation et de la combustion des combustibles fossiles sont devenus non seulement évidents, mais alarmants. .

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Comment l’énergie électrique est-elle produite ?

Différents types d’énergie peuvent être utilisés pour faire tourner la turbine du générateur.

L’électricité, en général, est produite dans de grandes installations appelées centrales électriques ou centrales électriques, qui tirent parti de différents types de matières premières ou de processus naturels pour « fabriquer » de l’électricité.

Pour cela, la plupart des centrales électriques disposent d’alternateurs, qui sont de gros appareils qui génèrent du courant alternatif . Ils sont à leur tour constitués d’une bobine, qui est un grand rouleau rotatif de matériau électriquement conducteur disposé en fils, et d’un aimant qui reste fixe.

En faisant tourner la bobine à l’intérieur de l’aimant à grande vitesse, un phénomène appelé induction électromagnétique se produit : le champ magnétique résultant mobilise les électrons du matériau conducteur, créant un flux d’énergie qui doit ensuite être « préparé » pour être distribué à travers une série de transformateurs.

Le problème est donc de savoir comment faire tourner la bobine à grande vitesse et régulièrement. Dans les expériences du XIXe siècle avec l’électricité, elle était générée en pédalant sur une bicyclette, qui n’en produisait qu’une infime quantité, bien sûr.

Dans le cas des centrales électriques, il faut quelque chose de beaucoup plus sophistiqué : une turbine, qui est un dispositif rotatif capable de transmettre de l’énergie mécanique à la bobine , la faisant tourner, en utilisant une autre force.

Par exemple, vous pouvez utiliser la chute d’eau dans une cascade, ou le souffle constant du vent, ou dans la plupart des cas, la vapeur montante d’une bonne quantité d’eau bouillante, pour laquelle il est nécessaire de générer une quantité d’eau. chaleur constante , grâce à la combustion de divers types de matériaux.

Comme on le verra, le processus complet de génération d’énergie électrique n’est rien de plus que la transformation de l’énergie chimique en chaleur (combustion), pour la convertir plus tard en énergie cinétique et mécanique (en mobilisant la turbine), et plus tard en énergie électromagnétique, qui c’est-à-dire en électricité.

Les étapes du secteur de l’électricité

L’électricité est distribuée par des lignes électriques.

Le secteur de l’électricité est celui qui est en charge de l’ensemble du circuit de production d’électricité, depuis son démarrage jusqu’à sa consommation dans chacune de nos maisons, par exemple. L’ensemble du cycle de production d’énergie dans ce secteur comporte les étapes suivantes :

Génération . La première étape, logiquement, consiste à obtenir de l’électricité par les moyens disponibles, dans n’importe lequel des types de centrales électriques qui existent.
Transformation . Une fois l’électricité obtenue, elle est généralement soumise à un processus de transformation qui la prépare à son transport le long d’un réseau électrique, car l’électricité, contrairement à d’autres produits et biens, ne peut pas être stockée pour une consommation ultérieure, mais doit être transmise immédiatement.

En sont responsables les postes dits ou usines de transformation, situés à proximité des centrales, et aussi les centres de transformation, proches des populations consommatrices , puisque leur mission est de moduler la tension électrique pour rendre l’électricité transportable (haute tension ) et consommable (basse tension).

Répartition . L’électricité doit enfin être fournie à nos foyers ou aux industries qui en consomment par un réseau de câblage appelé lignes électriques, et qui est généralement pris en charge par différentes sociétés de distribution et de commercialisation d’énergie.
Consommation . Enfin, chaque habitation de consommation ou installation industrielle dispose d’une installation de raccordement, qui relie les réseaux de distribution aux installations intérieures, permettant à l’énergie d’être présente là où nous en avons besoin.

Types de production d’électricité

L’énergie éolienne est relativement bon marché et sûre pour la production d’électricité.

La production d’électricité est normalement classée selon le type de centrale électrique dans laquelle elle est produite, ou ce qui est identique, selon la procédure spécifique utilisée pour, comme nous l’avons expliqué précédemment, déplacer la turbine pour faire tourner la bobine qui à son tour génère de l’électricité. . Ainsi, nous avons :

Énergie thermoélectrique à combustible fossile . Les centrales thermoélectriques sont celles qui produisent de l’électricité à partir de l’énergie thermique, en faisant bouillir de grandes quantités d’eau, ou en chauffant de manière similaire d’autres gaz, grâce à la combustion de diverses matières organiques (charbon, pétrole , gaz naturel ou autres combustibles fossiles) dans une chaudière interne. Dans ces cas, le gaz en expansion est chargé de mobiliser la turbine, puis est refroidi afin de répéter le cycle.
l’énergie thermonucléaire . Le principe de fonctionnement de l’énergie thermonucléaire n’est pas différent de celui de l’énergie thermoélectrique, si ce n’est que la chaleur nécessaire pour faire tourner les turbines est obtenue par divers procédés chimiques de fission d’ atomes lourds , c’est-à-dire en bombardant les atomes avec des particules de noyaux atomiques. de certains éléments , pour les forcer à devenir d’autres éléments plus légers et libérer une immense quantité d’énergie. Dans ces centrales, dites réacteurs, la même logique de la bombe atomique est suivie , mais appliquée à des fins pacifiques. L’inconvénient est qu’il produit des résidus radioactifs difficiles à manipuler et hautement toxiques.
L’énergie géothermique . Là encore, dans ce cas, le fonctionnement de la centrale électrique obéit au modèle thermoélectrique, mais sans avoir besoin de combustible ni de chaudières, puisque la chaleur interne de la croûte terrestre est utilisée . Pour cela, un emplacement tectonique pratique est nécessaire, c’est-à-dire une zone d’activité tectonique qui permet à l’eau de se déverser dans les profondeurs de la terre et de profiter de la vapeur qui en résulte pour mobiliser des turbines électriques.
L’énergie solaire thermique . Semblable aux cas précédents, ce type de centrales tire parti de la lumière du soleil , en la focalisant et en la concentrant à travers un système complexe de miroirs, afin de chauffer des liquides à des températures comprises entre 300 et 1000 ° C, et ainsi démarrer le processus de génération thermoélectrique.
L’énergie photovoltaïque . Ce type d’énergie est également obtenu en profitant de la lumière du soleil, mais dans un sens différent : grâce à de grands champs de cellules photovoltaïques, constituées de diodes sensibles à la lumière du soleil, qui génèrent de faibles différentiels de potentiel à leurs extrémités. De grands sites de ces panneaux solaires sont nécessaires pour produire de l’électricité, mais en même temps cela se fait sans nécessiter de matière première et sans trop polluer l’ environnement .
L’énergie hydroélectrique . Dans ce cas, les turbines électriques de la centrale de production ne se déplacent pas sous l’action de la chaleur, mais en profitant de l’énergie mécanique d’une chute d’eau. Pour cette raison, une topographie spécifique est requise pour cela, comme des cascades, des sauts, des rivières puissantes ou des plans d’eau dans lesquels des digues ou des barrages peuvent être implantés . Au-delà de la modification brutale de ces masses d’eau et de leurs propres écosystèmes , c’est une énergie propre , bon marché et sûre .
l’énergie marémotrice ou houlomotrice . C’est le nom donné aux centrales permettant d’obtenir de l’énergie électrique à partir des marées ou des vagues de la mer, grâce à des installations côtières qui, grâce à des dispositifs flottants, profitent de la poussée de l’eau pour mobiliser les turbines. Cependant, ce ne sont pas des moyens très puissants et peu rentables d’obtenir de l’énergie, du moins pour le moment.
L’énergie éolienne . Si dans les cas précédents le mouvement naturel de l’eau était utilisé, dans les centrales éoliennes la poussée du vent est utilisée, en particulier dans les régions où il souffle constamment, comme les zones côtières, les grandes plaines, etc. Pour cela, des champs entiers d’hélices géantes sont disponibles, sensibles au passage du vent, qui lors de leur déplacement transmettent de l’énergie mécanique à une turbine électrique. C’est un moyen relativement bon marché et sûr de produire de l’électricité, mais malheureusement très peu d’énergie et avec un coût important en termes d’aménagement paysager.

Énergies renouvelables

L’obtention d’électricité est un processus complexe avec un impact environnemental très élevé , en particulier dans ses variantes traditionnelles, telles que les combustibles fossiles. De plus, dans ces derniers cas, le combustible disponible a des réserves limitées, car le charbon et le pétrole ont une origine géologique très lente et prolongée, ce qui ne permet pas de reconstituer les stocks planétaires au même rythme que nous les consommons.

Pour cette raison, de nombreux efforts du secteur de l’énergie sont investis dans la recherche d’éventuelles sources renouvelables ou dans l’amélioration de celles qui existent déjà, telles que l’énergie solaire, hydroélectrique et géothermique.

Cependant, les grands espoirs de l’humanité en matière d’énergie pointent vers la possibilité de la fusion atomique comme source d’énergie sûre, fiable, non polluante et renouvelable : les atomes d’hydrogène, l’élément le plus abondant de l’ univers , sont prélevés et fusionnés pour générer d’énormes quantités d’énergie, comme cela se produit au cœur des étoiles dans l’espace.

Malheureusement, une telle technologie est encore loin de notre portée, de sorte que l’humanité devra faire de plus grands efforts pour adapter sa consommation d’énergie aux possibilités du monde, ou risquer de la ruiner complètement dans notre désir d’énergie électrique infinie.