Production d'électricité - alternateur

La production d'électricité à partir d'un alternateur (centrale nucléaire, éolienne...) utilise l'énergie mécanique  de rotation.

Quelle est la différence entre une centrale et une éolienne au niveau des alternateurs? Ils tournent plus vite? Ils produisent une plus haute tension? Il y en a plus en centrale?

Dans les deux cas,ce sont des générateurs synchrones (alternateurs) qui sont utilisés pour les fortes puissances. Dans les centrales thermiques, la production de puissance est constante, la vitesse des alternateurs aussi. Ils travaillent à la vitesse synchrone.

Dans le cas des éoliennes, la vitesse du vent varie sans cesse. Aussi, afin de pouvoir extraire un maximum de puissance du vent, quelle que soit sa vitesse, le système d'excitation (sur le rotor) est conçu de telle façon que l'alternateur puisse avoir une vitesse inférieure ou supérieure à la vitesse synchrone. Ceci grace à des systèmes électroniques très complexes qui permettent soit de prélever, soit d'injecter de la puissance au rotor. Ce sont des alternateurs dits à "double alimentation". Plus la source d'énergie est variable et capricieuse, plus cela demandera des systèmes compliqués pour l'exploiter. C'est le cas pour les éoliennes.

Donc pourquoi une centrale produit "autant". Qu'est ce qui est différent?

Une centrale thermique fonctionne avec de la vapeur d'eau. Si les centrales thermiques à flamme et les cengtrales nucléaires produisent "autant" , c'est parce que on leur fournit une matiére première " de qualité " charbon, gaz, uranium, et en quantité.. Récupérer l'énergie du vent ou même celle du soleil est, disons, beaucoup moins productif car intermittant. Il ne suffit pas d'avoir le même axe qui tourne pour produire un Watt ou un MW .

En somme, qu'est-ce qui distingue un petit et un gros alternateur ?

Précisément, un "petit générateur" est petit. C'est à dire que le noyau magnétique est plus petit (et le flux magnétique aussi), et le diamètre des conducteurs est plus petit, etc. L'arbre de transmission aussi est plus petit (il transmet un couple plus faible). Etc.

Un gros alternateur peut produire une plus grosse puissance, à condition de lui fournir la puissance mécanique nécessaire. On peut, par construction, décider la tension et le courant que l'alternateur va produire.  Les plus puissants 1650 MVA , 48000 A sous 20000 V, 1500 tr/mn , 745 tonnes .

C'est l'alternateur des derniers réacteurs EPR . "L" , parce qu'il est tout seul... La ligne turbo-alternateur fait 70 m de longueur , poids 4900 tonnes . Rotor , diamètre 1.95 m , poids 240 tonnes . Refroidissement de l'alternateur par circuit Hydrogène (oui, vous avez bien lu! eh oui, meilleure conductibilité thermique que l'Hélium ) sous 4 bars .
Excitation : alternateur 22 pôles , redressé par 78 diodes de puissance , 6823 A sous 531 V , rien que pour l'excitation ! Pour la petite histoire , à l'arrêt, l'arbre plie de quelques microns sous le poids du rotor et donc il y a tout un programme ( de l'ordre de 24 h ) de relance à vide de l'alternateur avant de pouvoir le coupler au réseau . Le tout mesuré avec une multitude de détecteurs de faux rond et de vibrations ...L'erreur n'est pas permise !

C'est, bien sûr, un alternateur triphasé et indépendemment du reste (turbine) , cette vitesse découle de l'optimisation du nombre de paire de pôles .  La fréquence "f" du courant en Hz, le nombre de paires de pôles p, et la vitesse de rotation "N" en t/mn sont liées par f=pN/60 La fréquence délivrée est 50 Hz.

TOUS les alternateurs de France (et d'Allemagne ! ) doivent produire du 50 Hz : on ne s'amuse pas à monter des changeurs de fréquence sur des puissances pareilles ( sauf sur l'éolien , de petite puissance, par nécessité ).
Sur les réseaux de transport 400 kV, il faut éliminer les défauts d'équilibre  dans les 100 ms et rétablir la liaison sous peine de tout perdre. En effet au rétablissement de la liaison, le déphasage entre les deux régions est resté faible mais les deux régions ont un léger écart de fréquence et continuent sur leur lancées si bien que le déphasage continue de croître. Au mieux on se retrouve avec un système élastique oscillant faiblement amortie entre les deux régions au pire le synchronisme est rompu et il faut découpler les deux réseaux et sauver ce qu'on peut.

Monstrueux ! mais c'est vrai que la puissance dépasse le gigawatt...
Ca donne quoi en termes de flux et de pression de la vapeur d'eau qui fait tourner le rotor ?
Circuit secondaire ; T sortie - entrée des GV (générateur de vapeur) : 288° - 238° , pression 71 bars, débit vapeur : 7800 t/h . Turbine à 3 étages HP, MP, BP .

Mais voici un turbo alternateur amateur.

[video]https://youtu.be/k3dvwY0Omj0[/video]