Production d'électricité — Exercices

Identifier les centrales, compléter des chaînes énergétiques, calculer des rendements.

⏱ ~25 min✎ Calculatrice autorisée

1Identifier les centrales/ 4 pts

Pour chaque centrale, indique la source d'énergie primaire utilisée et précise si elle est renouvelable (R) ou non renouvelable (NR).

Centrale hydraulique
Centrale nucléaire
Éolienne
Centrale thermique au charbon

2Chaîne énergétique/ 4 pts

Voici la chaîne énergétique incomplète d'une centrale thermique à gaz. Complète les quatre cases vides (a, b, c, d).

Gaz naturel [(a) énergie ___] → brûleur → énergie thermique → [(b) ___] → vapeur → [(c) ___] → énergie mécanique → [(d) ___] → énergie électrique

(a) Quelle est la forme d'énergie stockée dans le gaz naturel ?
(b) Quel dispositif transforme l'énergie thermique en vapeur ?
(c) Quel dispositif transforme la vapeur en énergie mécanique ?
(d) Quel dispositif transforme l'énergie mécanique en énergie électrique ?

3Rendement d'une centrale à charbon/ 4 pts

Une centrale thermique au charbon reçoit une puissance thermique de $P_{\text{fournie}} = 500$ MW et produit une puissance électrique de $P_{\text{utile}} = 165$ MW.

Calculer le rendement $\eta$ de la centrale, en %.
Calculer la puissance $P_{\text{perdue}}$ dissipée sous forme de chaleur.

4Centrale hydraulique/ 4 pts

Une centrale hydraulique a un rendement de $\eta = 90$ %. La turbine reçoit une puissance mécanique de $P_{\text{méca}} = 80$ MW.

Calculer la puissance électrique $P_{\text{élec}}$ produite par l'alternateur.
Calculer l'énergie électrique produite en $t = 1$ h, en MWh puis en J.

5Éolienne et alimentation de foyers/ 5 pts

Une éolienne transforme $40$ % de l'énergie cinétique du vent en énergie électrique. La puissance disponible dans le vent est $P_{\text{vent}} = 450$ kW.

Calculer la puissance électrique $P_{\text{élec}}$ produite par l'éolienne.
Calculer l'énergie électrique produite pendant $t = 6$ h, en kWh.
Chaque foyer consomme en moyenne $5$ kW de puissance. Combien de foyers l'éolienne peut-elle alimenter simultanément ?

Corrigé détaillé

1Identifier les centrales

Hydraulique $\text{Source : énergie potentielle de l'eau (barrage)}$ $\text{Renouvelable (R)}$

Nucléaire $\text{Source : énergie nucléaire — fission de l'uranium}$ $\text{Non renouvelable (NR)}$

Éolienne $\text{Source : énergie cinétique du vent}$ $\text{Renouvelable (R)}$

Charbon $\text{Source : énergie chimique — combustion du charbon}$ $\text{Non renouvelable (NR)}$

2Chaîne énergétique

(a) $\text{Le gaz naturel est un combustible fossile} \Rightarrow$ $\text{énergie chimique}$

(b) $\text{énergie thermique} \to \text{vapeur} \Rightarrow$ $\text{chaudière}$

(d) $\text{énergie mécanique} \to \text{énergie électrique} \Rightarrow$ $\text{alternateur}$

3Rendement d'une centrale à charbon

a) $\eta = \dfrac{P_{\text{utile}}}{P_{\text{fournie}}} \times 100 = \dfrac{165}{500} \times 100 =$ $33 \, \%$

b) $P_{\text{perdue}} = P_{\text{fournie}} - P_{\text{utile}} = 500 - 165 =$ $335 \, \text{MW}$

4Centrale hydraulique

a) $P_{\text{élec}} = \dfrac{\eta}{100} \times P_{\text{méca}} = \dfrac{90}{100} \times 80 =$ $72 \, \text{MW}$

b) en MWh $E = P_{\text{élec}} \times t = 72 \times 1 =$ $72 \, \text{MWh}$

b) en J $E = 72 \times 10^{6} \, \text{W} \times 3600 \, \text{s} =$ $2{,}592 \times 10^{11} \, \text{J}$

5Éolienne et alimentation de foyers

a) $P_{\text{élec}} = \dfrac{40}{100} \times 450 =$ $180 \, \text{kW}$

b) $E = P_{\text{élec}} \times t = 180 \times 6 =$ $1080 \, \text{kWh}$

c) $n = \dfrac{P_{\text{élec}}}{P_{\text{foyer}}} = \dfrac{180 \, \text{kW}}{5 \, \text{kW}} =$ $36 \, \text{foyers}$