Cycle combiné

Un cycle combiné est une association de 2 cycles thermodynamiques. Le plus souvent, il s’agit d’un cycle de turbine à combustion et d’un cycle de turbine à vapeur.Les cycles combinés permettent d’atteindre une efficacité motrice de plus de 60 %.

L’association de 2 cycles permet de tirer plus de travail à partir de la chaleur produite par une combustion.

Le facteur de Carnot d’un cycle donné est limité par des impératifs technologiques. Le cycle de l’eau est limité par la tenue mécanique des conduites de canalisations de vapeur. Il est coûteux de dépasser 600°C de température de vapeur.

Or, les combustibles usuels produisent facilement des températures de 1200°C. (1473 K) Ce sont donc 600 K qui ne sont pas utilisés dans les turbines à vapeur. Cette perte n’est pas visible sur le diagramme TS de la vapeur d’eau car on considère alors la source chaude du cycle aux alentours de 600 °C ( 873 K).

Cette perte est une irréversibilité produite dans l’échange thermique entre les gaz et la vapeur. Heureusement, il existe une machine qui peut fonctionner entre les températures de 1473 K (voire plus) et 873 K , la turbine à combustion. La turbine à combustion converti en travail l’énergie cinétique produite par la combustion d’un combustible gazeux ou liquide mélangé à de l’air comprimé.

L’ancienne appellation de la turbine à combustion était turbine à gaz. Cela pouvait conduire à penser que le combustible devait être uniquement sous forme gazeuse alors que des combustibles liquides sont également utilisés. Il est également posible de gazéifier du charbon.

Le "rendement" du cycle combiné n’est pas égal à la somme des rendements des cycles gaz et vapeur. En effet, l’intégralité de la chaleur des gaz d’échappement de la turbine à combustion n’est pas récupérée dans le cycle vapeur.

* Les gaz conservent une température supérieure à la température ambiante ce qui constitue une irréversibilité. * L’échangeur Gaz / Vapeur, qui constitue la liaison entre les 2 cycles apporte une irréversibilité supplémentaire.

Ces raisons expliquent qu’avec des différences de températures du même ordre pour chacun des cycles, la puissance de la turbine à vapeur est souvent 2 fois moins importante que celle de ou des turbines à combustion.

Voici une représentation des 2 cycles sur un diagramme TS. Cette image a pour but de donner une idée de la combinaison des cycles. Il faut remarquer que les masses de fluides étant différentes, il n’est pas possible des les représenter sur le même diagramme.

Visualisation des cycles de Joule et de Hirn