un générateur électrique est un dispositif qui convertit une forme d’énergie en électricité. Il existe de nombreux types de générateurs d’électricité. La majeure partie de la production d’électricité mondiale provient de générateurs basés sur la découverte du scientifique Michael Faraday en 1831 que le déplacement d’un aimant à l’intérieur d’une bobine de fil fait (induit) un courant électrique qui circule dans le fil., Il a fait le premier générateur d’électricité appelé un disque de Faraday, qui fonctionne sur cette relation entre le magnétisme et l’électricité et qui a conduit à la conception des générateurs électromagnétiques que nous utilisons aujourd’hui.
Les générateurs électromagnétiques utilisent un électroaimant—un aimant produit par l’électricité—et non un aimant traditionnel. Un générateur électromagnétique de base a une série de bobines isolées de fil qui forment un cylindre stationnaire—appelé stator—entourant un arbre électromagnétique—appelé rotor., En tournant le rotor, un courant électrique circule dans chaque section de la bobine de fil, qui devient un conducteur électrique séparé. Les courants dans les sections individuelles se combinent pour former un grand courant. Ce courant est l’électricité qui se déplace des générateurs à travers les lignes électriques aux consommateurs. Les générateurs électromagnétiques entraînés par des moteurs cinétiques (mécaniques) représentent la quasi-totalité de la production D’électricité aux États-Unis.
générateurs à Turbine
la majeure partie de la production D’électricité aux États-Unis et dans le monde provient de centrales électriques qui utilisent une turbine pour entraîner des générateurs d’électricité., Dans un générateur à turbine, un fluide en mouvement-eau, vapeur, gaz de combustion ou air—pousse une série d’aubes montées sur un arbre de rotor. La force du fluide sur les pales tourne / tourne l’arbre du rotor d’un générateur. Le générateur, à son tour, convertit l’énergie mécanique (cinétique) du rotor en énergie électrique. Les différents types de turbines comprennent les turbines à vapeur, les turbines à combustion (gaz), les turbines hydroélectriques et les éoliennes.,
Les turbines à vapeur sont utilisées pour produire la majorité de l’électricité mondiale et elles ont représenté environ 48% de la production D’électricité américaine en 2019. La plupart des turbines à vapeur ont une chaudière dans laquelle un combustible est brûlé pour produire de l’eau chaude et de la vapeur dans un échangeur de chaleur et la vapeur actionne une turbine qui entraîne un générateur. Les réacteurs nucléaires utilisent des barres de combustible nucléaire pour produire de la vapeur. Les centrales thermiques solaires utilisent l’énergie solaire pour produire de la vapeur. Le top 10 des états-UNIS, centrales électriques en 2019, 9 ont des turbines à vapeur alimentées par l’énergie nucléaire, le charbon et le gaz naturel.
Les turbines à gaz à Combustion, qui sont similaires aux moteurs à réaction, brûlent des carburants gazeux ou liquides pour produire des gaz chauds afin de faire tourner les aubes de la turbine.
Les turbines à vapeur et à combustion peuvent être utilisées comme générateurs autonomes en un seul cycle ou combinées en un cycle combiné séquentiel. Les systèmes à cycle combiné utilisent les gaz de combustion d’une turbine pour produire plus d’électricité dans une autre turbine. La plupart des systèmes à cycle combiné ont des générateurs séparés pour chaque turbine., Dans les systèmes à cycle combiné à arbre unique, les deux turbines peuvent entraîner un seul générateur. En savoir plus sur les différents types de centrales à cycle combiné. En 2019, les centrales à cycle combiné ont fourni environ 33% de la production D’électricité aux États-Unis.
Les centrales de cogénération (cogénérateurs) utilisent la chaleur qui n’est pas directement convertie en électricité dans une turbine à vapeur, une turbine à combustion ou un générateur de moteur à combustion interne pour la chaleur de procédé industriel ou pour le chauffage des locaux et de l’eau., La plupart des plus grandes usines de cogénération aux États-Unis se trouvent dans des installations industrielles telles que les usines de pâtes et papiers, mais elles sont également utilisées dans de nombreux collèges, universités et installations gouvernementales. Les centrales à cogénération et à cycle combiné sont les moyens les plus efficaces de convertir un seul combustible en énergie utile.
Les turbines hydroélectriques utilisent la force de l’eau en mouvement pour faire tourner les pales de turbine pour alimenter un générateur. La plupart des centrales hydroélectriques utilisent de l’eau stockée dans un réservoir ou détournée d’une rivière ou d’un ruisseau. Ces centrales hydroélectriques conventionnelles représentaient environ 7% des États-Unis., production d’électricité en 2019. Les centrales hydroélectriques à stockage par pompage utilisent les mêmes types d’hydroliennes que les centrales hydroélectriques conventionnelles, mais elles sont considérées comme des systèmes de stockage d’électricité (voir ci-dessous). D’autres types de turbines hydroélectriques appelées turbines hydrocinétiques sont utilisées dans les systèmes d’énergie marémotrice et houlomotrice. En savoir plus sur les différents types de turbines hydroélectriques.
éoliennes utilisent l’énergie du vent pour déplacer les pales d’un rotor de puissance d’un générateur. Il existe deux types généraux d’éoliennes: les éoliennes à axe horizontal (les plus courantes) et les éoliennes à axe vertical., Les éoliennes ont été la source d’environ 7% de la production D’électricité aux États-Unis en 2019.
Les centrales géothermiques utilisent des ressources géothermiques pour alimenter des générateurs électriques.
Les systèmes de conversion D’énergie thermique Océanique (OTEC) utilisent une différence de température entre l’eau océanique à différentes profondeurs pour alimenter une turbine afin de produire de l’électricité. Il existe un système OTEC de démonstration à Hawaii.
les Autres types de générateurs
Il ya beaucoup de différents types de générateurs d’électricité qui n’utilisent pas les turbines pour produire de l’électricité., Les systèmes solaires photovoltaïques (PV) et les moteurs à combustion interne sont les plus couramment utilisés aujourd’hui.
Les cellules photovoltaïques solaires convertissent directement la lumière du soleil en électricité. Ils sont utilisés pour alimenter des appareils aussi petits que les montres-bracelets et peuvent être connectés ensemble dans des panneaux qui sont connectés ensemble dans des réseaux pour alimenter des maisons individuelles ou former de grandes centrales électriques. Les centrales photovoltaïques sont maintenant l’une des sources de production d’électricité à la croissance la plus rapide au monde.,
Les moteurs à combustion interne, tels que les moteurs diesel, sont utilisés partout dans le monde pour la production d’électricité, y compris dans de nombreux villages isolés de L’Alaska. Ils sont également largement utilisés pour l’alimentation mobile sur les chantiers de construction et pour l’alimentation d’urgence ou de secours pour les bâtiments et les centrales électriques. Les générateurs à moteur Diesel peuvent utiliser une variété de carburants, y compris le diesel de pétrole, les carburants liquides à base de biomasse et le biogaz, le gaz naturel et le propane., Les petits générateurs à moteur à combustion interne alimentés à l’essence, au gaz naturel ou au propane sont couramment utilisés par les équipes de construction et les gens de métier et pour l’alimentation électrique de secours des maisons.
D’autres types de générateurs d’électricité comprennent les piles à combustible, les moteurs Stirling (utilisés dans les générateurs paraboliques solaires thermiques) et les générateurs thermoélectriques .
| Generator | Plant type | Main fuel/energy source | Share of annual electricity generation |
|---|---|---|---|
| Steam turbine | Single cycle | All sources | 47.7% |
| Coal | 23.3% | ||
| Nuclear | 19.6% | ||
| Natural gas | 2.6% | ||
| Biomass (1.1%); Others (1.,1%) | 2.2% | ||
| Multiple | Combined cycle | Natural gas2 | 32.7% |
| Combustion turbine | 20.9% | ||
| Steam turbine | 10.4% | ||
| Dual/single shaft | 1.4% | ||
| Combustion gas turbine | Single cycle | Natural gas2 | 3.3% |
| Wind turbine | All types | Wind | 7.1% |
| Hydroelectric turbine | Conventional | Water | 7.,0% |
| Photovoltaïque | Tous les types | Solaire | 1.7% |
| Others3 | Divers | 0.6% | |
| Stockage systems4 | Divers | 0.1% |
1Includes générateurs de utilitaire échelle de centrales électriques (centrales électriques, avec au moins un mégawatts de capacité de production d’électricité.
2le gaz naturel est la principale source d’énergie (99%) des centrales à cycle combiné.
3les autres sources comprennent les moteurs à combustion interne, Les piles à combustible et les turbines à cycle binaire.,
4les systèmes de stockage comprennent le stockage par pompage hydraulique, les batteries électrochimiques, les volants d’inertie, etc. La production à partir de systèmes de stockage est nette sur la production annuelle totale d’électricité pour éviter le double comptage des sources de charge de stockage d’énergie.
Source: US Energy Information Administration (EIA), formulaire EIA-923 Power Plant Operations Report, 2019
dernière mise à jour: 9 novembre 2020