Brevet FR2980820A1 — publié le 20130405

Centrale électrique La présente invention concerne une centrale électrique et en particulier une centrale électrique comportant un fluide refroidi. Dans les centrales électriques, les gaz d'échappement d'une turbine à gaz ou d'autres formes d'énergie (c'est-à-dire l'énergie produite dans des centrales brûlant des combustibles fossiles, des centrales nucléaires, des centrales géothermiques et/ou des centrales solaires) sont utilisés pour générer de la vapeur, normalement à une ou plusieurs pressions élevées, intermédiaires et basses, pour un à trois générateurs de vapeur à récupération de chaleur (HRSG) à niveaux de pression. Dans le cas où il y a trois pressions, cette vapeur est communiquée à des turbines à vapeur à haute pression, à pression intermédiaire et à basse pression, où la vapeur est utilisée pour la production d'énergie électrique. Bien que cette configuration soit efficace, des fuites de fluide de haute énergie, de la turbine à vapeur haute pression vers la turbine à vapeur à pression intermédiaire, peuvent conduire à un rendement réduit, puisque la turbine à pression intermédiaire fonctionne normalement à des températures élevées, de façon similaire à la partie haute pression, mais avec des diamètres plus grands. Cela peut engendrer des contraintes mécaniques accrues qui peuvent provoquer des détériorations ou la diminution de la durée de vie des éléments. Ainsi, il est souvent nécessaire de refroidir la partie de la turbine à vapeur à pression intermédiaire, en utilisant de la vapeur relativement froide provenant de sources extérieures. Le refroidissement des fuîtes, dans le but de refroidir finalement la partie à pression intermédiaire, a été obtenu par extraction de vapeur sous pression relativement froide, à partir d'emplacements intermédiaires dans la turbine à vapeur haute pression. Or, cette solution peut entraîner des pertes de rendement puisque la vapeur utilisée pour le refroidissement pourrait par ailleurs servir à produire de l'énergie utile. Conformément à un aspect de l'invention, il est prévu une centrale électrique comprenant des éléments destinés à produire de l'énergie électrique à partir de fluides à haute pression et à pression intermédiaire, une veine d'écoulement délimitée entre les éléments et le long de laquelle un fluide chauffé s'écoule vers l'un des éléments pour produire de l'énergie électrique à partir de fluides à des pressions intermédiaires, et un circuit relié à la veine, en vue d'un écoulement de fluide, pour refroidir une portion du fluide chauffé, avant que la portion du fluide chauffé ne parvienne à l'un des éléments pour produire de l'énergie électrique à des pressions intermédiaires. Préférentiellement, la chaleur extraite de la portion du fluide chauffé est transmise aux matières d'échappement d'un ou plusieurs des éléments. Conformément à un autre aspect de l'invention, il est prévu une centrale électrique comprenant un premier et un deuxième élément, destinés à produire de l'énergie électrique à partir d'un premier et d'un deuxième fluide, respectivement à une première pression et à une deuxième pression, la deuxième pression étant inférieure à la première pression, plusieurs éléments intermédiaires délimitant une veine d'écoulement le long de laquelle un troisième fluide, à une première température, s'écoule du premier élément au deuxième élément, et un circuit relié à la veine, en vue d'un écoulement de fluide, pour exposer une portion du troisième fluide à un quatrième fluide ou combiner la portion avec un quatrième fluide, à une deuxième température qui est inférieure à la première température, avant que la portion du troisième fluide ne parvienne au deuxième élément. Conformément à encore un autre aspect de l'invention, il est prévu une centrale électrique comprenant une turbine à vapeur haute pression, destinée à produire de l'énergie électrique à partir de vapeur haute pression, une turbine à vapeur à pression intermédiaire, destinée à produire de l'énergie électrique à partir de vapeur à pression intermédiaire, plusieurs joints d'étanchéité délimitant une veine le long de laquelle des fuites de vapeur s'écoulent à une température élevée, depuis la turbine à vapeur haute pression jusqu'à la turbine à vapeur à pression intermédiaire, et un circuit relié à la veine, en vue d'un écoulement de fluide, pour exposer une portion des fuites de vapeur aux gaz d'échappement, ou combiner cette portion avec les gaz d'échappement de l'une des turbines à vapeur haute pression et à pression intermédiaire, avant que la portion de fuites de vapeur ne parvienne à la turbine à vapeur à pression intermédiaire. L'objet de l'invention sera mieux compris à l'étude détaillée de la description d'un mode de réalisation de l'invention, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé. L'unique figure est une illustration schématique d'une partie d'une centrale électrique présentant une configuration haute pression-basse pression. En référence à l'unique figure, l'invention propose une centrale électrique 10. La centrale électrique 10 peut être de n'importe quel type, par exemple une centrale à cycle combiné, une centrale brûlant un combustible fossile, une centrale nucléaire, une centrale géothermique et/ou une centrale solaire. Toutefois, par souci de clarté et de concision, la centrale électrique 10 sera décrite ci-après comme centrale à cycle combiné, sachant que la description n'est donnée qu'à titre d'exemple. La centrale électrique 10 comprend un premier élément 20 et un deuxième élément 30, destinés à produire de l'énergie électrique à partir d'un premier fluide et d'un deuxième fluide, respectivement à une première pression et une deuxième pression, la deuxième pression étant inférieure à la première pression. La centrale électrique 10 comprend en outre plusieurs éléments d'étanchéité intermédiaires 40 et un circuit 50. La pluralité d'éléments d'étanchéité intermédiaires 40 peut être configurée pour délimiter une veine d'écoulement 41 le long de laquelle un troisième fluide 410, à une première température, s'écoule du premier élément 20 au deuxième élément 30. Le circuit 50 est relié à la veine 41, en vue d'un écoulement de fluide, pour exposer une portion 411 du troisième fluide 410 à un quatrième fluide 412. Conformément à des modes de réalisation, le circuit 50 est relié à la veine 41, en vue d'un écoulement de fluide, pour combiner la portion 411 du troisième fluide 410 avec le quatrième fluide 412. Cette exposition ou combinaison a lieu avant que la portion 411 du troisième fluide 410 ne parvienne au deuxième élément 30. Le quatrième fluide 412 est délivré à une deuxième température qui est inférieure à la première température, de manière à ce que le quatrième fluide refroidisse la portion 411 du troisième fluide 410. Les premier et deuxième éléments 20 et 30 peuvent comprendre respectivement des turbines à vapeur à haute pression et à pression intermédiaire. A ce titre, les premier et deuxième fluides peuvent comporter respectivement de la vapeur à haute pression et à pression intermédiaire. La pluralité d'éléments d'étanchéité intermédiaires 40 peut comprendre plusieurs joints d'étanchéité 42 disposés entre les premier et deuxième éléments 20 et 30. Les joints peuvent être de n'importe quel type ou des combinaisons de différents types de joints 42. Selon l'invention, les joints peuvent englober des joints labyrinthes disposés entre les premier et deuxième éléments 20 et 30. Le troisième fluide 410 peut englober des fuites de vapeur qui s'échappent du premier élément 20 jusqu'au deuxième élément 30. Le quatrième fluide 412 peut englober les gaz d'échappement d'un ou des deux premier et deuxième éléments 20 et 30 ou une autre caractéristique similaire. Le circuit 50 comprend une première conduite 51 qui débouche dans la veine d'écoulement 41, à un premier emplacement 52, une deuxième conduite 53 qui débouche dans la veine d'écoulement 41, à un deuxième emplacement 54, situé entre le premier emplacement 52 et le deuxième élément 30, et une chambre de mélange 55. La chambre de mélange 55 peut être une chambre, un raccord de tuyauterie et/ou tout autre dispositif de mélange de flux, et est reliée, en vue d'un écoulement de fluide, aux première et deuxième conduites 51 et 53. Conformément à des modes de réalisation, la chambre de mélange 55 peut être constituée pour former un espace interne 56 dans lequel la portion 411 du troisième fluide 410 peut être exposée au quatrième fluide 412 ou combinée avec celui-ci. Selon l'invention, un échangeur de chaleur 60, ayant n'importe quelle configuration, peut être relié à la chambre de mélange 55. Ainsi, la chaleur peut être extraite au moins de la portion 411 du troisième fluide 410, sur l'échangeur de chaleur 60 ou à l'intérieur de celui-ci. Selon d'autres modes de réalisation, l'échangeur de chaleur 60 peut être disposé dans la chambre de mélange 55 ou peut remplacer la chambre de mélange 55 dans son ensemble. De ce fait, l'échangeur de chaleur 60 peut être relié de manière indirecte ou directe, en vue de l'écoulement d'un fluide, aux première et deuxième conduites 51 et 53. Selon l'invention, le circuit 50 peut exposer environ 3 parts de la portion 411 du troisième fluide 410 à environ 8 parts du quatrième fluide 412 pour obtenir un rapport de fluides d'environ 3:8. Selon d'autres modes de réalisation, le circuit 50 peut combiner environ 3 parts de la portion 411 du troisième fluide 410 avec environ 8 parts du quatrième fluide 412 pour obtenir un rapport de fluides d'environ 3:8. Ainsi, si le troisième fluide 410 est délivré à environ 1 000 degrés Fahrenheit (537,78 °C) et le quatrième fluide 412 à environ 600 degrés Fahrenheit (315,76 °C), la portion 411 du troisième fluide 410 parviendra au deuxième élément 30, à la suite de la combinaison de fluides, à environ 700-750 degrés Fahrenheit (371,11 à 398,89 °C). Ces proportions de mélange ne sont bien entendu indiquées qu'à titre d'exemple et peuvent dépendre de différents facteurs, tels que des réglages par vanne de commande (décrite plus loin). Dans le cas illustré, le quatrième fluide 412, après avoir été chauffé par la portion 411 du troisième fluide 410, peut être délivré à un élément supplémentaire de production d'énergie électrique, afin d'éviter l'évacuation ou le rejet de la chaleur apportée. Des vannes de commande 70 peuvent être mises en place dans la première conduite 51, la deuxième conduite 53 et/ou une conduite transportant le quatrième fluide 412, ou le long de ces conduites, pour obtenir des températures de mélange et des débits massiques prédéterminés et/ou requis. Ces vannes de commande 70 peuvent être reliées à un système de commande actif 80 qui détermine alors les configurations appropriées, au moins en fonction des conditions de charge. REVENDICATIONS1. Centrale électrique (10), comprenant : des éléments (20, 30) destinés à produire de l'énergie électrique à partir de fluides à haute pression et à pression intermédiaire, une veine d'écoulement (41) délimitée entre les éléments (20, 30), le long de laquelle un fluide chauffé s'écoule vers l'un des éléments (30) pour produire de l'énergie électrique à partir de fluides à des pressions intermédiaires, et un circuit (50) relié à la veine (41), en vue d'un écoulement de fluide, pour refroidir une portion (411) du fluide chauffé, avant que la portion (411) du fluide chauffé ne parvienne à celui des éléments (30) destiné à produire de l'énergie électrique à partir de fluides à des pressions intermédiaires. 2. Centrale électrique (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments (20, 30) sont des turbines à vapeur à haute pression et à pression intermédiaire, le fluide est de la vapeur à haute pression et à pression intermédiaire, et le fluide chauffé est constitué de fuites de vapeur. 3. Centrale électrique (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre plusieurs joints d'étanchéité (42) disposés entre les éléments (20, 30) pour délimiter la veine d'écoulement. 4. Centrale électrique (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit comprend : une première conduite (51) débouchant dans la veine d'écoulement (41), à un premier emplacement (52),une deuxième conduite (53) débouchant dans la veine d'écoulement (41), à un deuxième emplacement (54) situé entre le premier emplacement (52) et celui des éléments (30) destiné à produire de l'énergie électrique à partir de fluides à des pressions intermédiaires, et une chambre de mélange (55) reliée en vue de l'écoulement d'un fluide aux première et deuxième conduites (51, 53), dans laquelle la portion (411) de fluide chauffé est exposée à un fluide chauffé dans une moindre mesure, ou est combinée avec ce fluide. 5. Centrale électrique (10) selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un échangeur de chaleur (60) qui est relié à la chambre de mélange (55) et par lequel au moins la portion (411) du fluide chauffé est refroidie. 6. Centrale électrique (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chaleur extraite de la portion (411) du fluide chauffé est transmise aux matières d'échappement d'un ou plusieurs des éléments. 7. Centrale électrique (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit comprend : une première conduite (51) débouchant dans la veine d'écoulement (41), à un premier emplacement (52), une deuxième conduite (53) débouchant dans la veine d'écoulement (41), à un deuxième emplacement (54) situé entre le premier emplacement (52) et celui des éléments (30) destiné à produire de l'énergie électrique à partir de fluides à des pressions intermédiaires, et un échangeur de chaleur (60) qui est relié, en vue de l'écoulement d'un fluide, aux première et deuxième conduites (51), et par lequel la portion (411) du fluide chauffé est refroidie. 8. Centrale électrique (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit (50) expose environ 3 parts de la portion du fluide chauffé à environ 8 parts d'un fluide chauffé dans une moindre mesure, ou combine ces parts. 9. Centrale électrique (10), comprenant : un premier et un deuxième éléments (20, 30), destinés à produire de l'énergie électrique à partir d'un premier et d'un deuxième fluide, respectivement à une première pression et à une deuxième pression, la deuxième pression étant inférieure à la première pression, plusieurs éléments intermédiaires (40) délimitant une veine d'écoulement le long de laquelle un troisième fluide, à une première température, s'écoule du premier élément (20) au deuxième élément (30), et un circuit (50) relié à la veine (41), en vue d'un écoulement de fluide, pour exposer une portion (411) du troisième fluide à un quatrième fluide ou combiner la portion (411) avec un quatrième fluide, à une deuxième température qui est inférieure à la première température, avant que la portion 411 du troisième fluide ne parvienne au deuxième élément (30). 10. Centrale électrique (10) selon la revendication 9, caractérisée en ce que les premier et deuxième éléments (20, 30) sont respectivement des turbines à vapeur à haute pression et à pression intermédiaire.25