Efficacité énergétique et captage de CO2 dans les centrales thermiques
Résumé
Dans ce travail, les résultats technico-économiques qui ont permis d’évaluer le coût de production de l'électricité à partir des centrales au gaz naturel et au charbon avec le captage du CO2, et le coût par tonne de CO2 évitée sont présentés. Trois systèmes ont été étudiés : un Cycle Combiné à Gazéification Intégrée (IGCC), une combustion conventionnelle de Charbon Pulvérisé (PC) et un Cycle Combiné au Gaz Naturel (NGCC). Les trois concepts majeurs liés à la récupération du CO2 ont été retenus. D’abord, Le captage du CO2 en post-combustion à partir des fumées grâce à un solvant chimique de type alkanolamine. Ensuite, l’oxy-combustion qui consiste à brûler le combustible avec de l’oxygène séparé préalablement de l’azote de l’air. Ce procédé permet de concentrer le CO2 dans les fumées et d’en faciliter la récupération. Enfin, le captage du CO2 en pré-combustion qui s’effectue en amont du système de production d’électricité: conversion en gaz de synthèse (H2 + CO) suivie d’une conversion du CO en CO2 dans un réacteur shift. Les résultats concernent les systèmes les plus représentatifs qui seront employées pour le remplacement des installations existantes. Pour l'IGCC, deux types de gazéification ont été étudiés : une technologie courante basée sur la gazéification du charbon sec à 27 bar (de type radiant/Puertollano) intégrée dans un cycle combiné classique fournissant 320 MWe (IGCC-300), et une future technologie (prévue pour environ 2015-2025) basée sur la gazéification d'un mélange charbon-eau (boue) qui peut être comprimé à 64 bar (type GE/Texaco) intégrée dans un cycle combiné avancé produisant une puissance brute de 1200 MWe (IGCC-1200).
Les résultats montrent que l’efficacité la plus élevée avec le captage de CO2 est obtenue pour la centrale NGCC et un captage en post-combustion, avec une efficacité de 50% comparée à 60% sans captage, suivi de l'oxy-combustion pour la PC, avec une efficacité de presque 35% comparée à 45% sans captage, et enfin l’IGCC-300 et un captage en précombustion avec une efficacité de l'ordre de 33.5% comparés à 44% sans captage. La plus basse efficacité est obtenue avec le captage en post-combustion pour la PC, égale à 30% ce qui représente 15 points de moins que la PC sans captage (lorsqu’on utilise la MonoEhanolAmine). D'un point de vue purement énergétique, nous recommanderons de considérer seulement le captage en postcombustion dans la NGCC, en précombustion dans l’IGCC, et l'oxy-combustion dans la PC. Néanmoins, le captage en post-combustion dans la PC, bien que son efficacité semble être inférieure à celle de la PC en oxy-combustion, est actuellement inévitable pour pouvoir réadapter les centrales à charbon qui seront construites d'ici 2020 (avec plus de 1000 GW). Pour la NGCC, l'oxy-combustion du gaz naturel ne pourrait devenir techniquement viable que si des cycles innovants tels que le cycle de Graz sont adoptés, et à condition de réduire leur coût lors de la phase d'industrialisation.