Turbine à gaz à cycle fermé
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Ensemble compresseur C et turbine T
échangeur de chaleur haute température w
échangeur de chaleur basse température ʍ
charge mécanique ~, par exemple générateur électrique
Une turbine à gaz à cycle fermé (en anglais: Closed-cycle gas turbine, ou CCGT) est une turbine qui utilise un gaz (par exemple de l'air, de l'azote, de l'hélium, de l'argon[1],[2], etc.) comme fluide de travail dans le cadre d'un système thermodynamique fermé. La chaleur est fournie par une source externe[3]. Ces turbines à recirculation suivent un cycle de Brayton[4].
Le brevet initial pour une turbine à gaz à cycle fermé a été délivré en 1935 et la technologie a été utilisée commercialement pour la première fois en 1939[3]. Sept CCGT ont été construites en Suisse et en Allemagne en 1978[2]. Historiquement, les CCGT ont été principalement utilisées comme moteurs à combustion externe « avec des combustibles tels que le charbon bitumineux, le lignite et le gaz de haut fourneau », mais elles ont été remplacées par des turbines à gaz à cycle ouvert utilisant des combustibles plus propres (par exemple « le gaz naturel ou le fioul »), en particulier dans des systèmes à cycle combiné de grande efficacité[3]. Les systèmes CCGT aéroportés ont démontré une grande disponibilité et fiabilité[5]. Le système à base d'hélium le plus remarquable à ce jour a été Oberhausen 2, une centrale de cogénération de 50 mégawatts qui a fonctionné de 1975 à 1987 en Allemagne[6]. Par rapport à l'Europe, qui est à l'origine du développement de la technologie, la CCGT n'est pas bien connue aux États-Unis[7].
Énergie nucléaire
Des réacteurs refroidis au gaz alimentant des turbines à gaz à cycle fermé à base d'hélium ont été suggérés dès 1945[7]. Le réacteur nucléaire expérimental ML-1 du début des années 1960 utilisait une CCGT à base d'azote fonctionnant à 0,9 MPa[8]. Le réacteur modulaire à lit de boulets, qui a été annulé, était destiné à être couplé à une CCGT à l'hélium[9]. Les réacteurs nucléaires du futur (réacteurs de 4e génération) pourraient utiliser une CCGT pour la production d'électricité[3]. Par exemple Flibe Energy a l'intention de produire un réacteur à fluorure de thorium liquide couplé à une CCGT.
Développement
Les turbines à gaz à cycle fermé sont prometteuses pour les générations futures de production d'énergie solaire[3] à haute température et d'énergie de fusion[2].
Ils ont également été proposés comme technologie pour l'exploration spatiale à long terme[10].
Des turbines à gaz à cycle fermé au dioxyde de carbone supercritique sont en cours de développement. « Le principal avantage du cycle au CO2 supercritique est une efficacité comparable à celle du cycle de Brayton de l'hélium à une température nettement inférieure » (550 °C contre 850 °C), mais avec l'inconvénient d'une pression plus élevée (20 MPa contre 8 MPa)[11]. Les laboratoires Sandia (en anglais : Sandia National Laboratoires) ont pour objectif de développer une CCGT de démonstration au CO2 supercritique de 10 MWe d'ici 2019[12].
