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Pourquoi l'eau et la vapeur sont-elles indiscernables à pression supercritique ? Découvrez ce phénomène étonnant !
Avec les progrès de la science et de la technologie, les méthodes de production d'énergie ont progressivement évolué, parmi lesquelles les générateurs de vapeur supercritiques sont devenus un domaine important dans l'industrie de production d'électricité d'aujourd'hui. Les générateurs de vapeur supercritiques suscitent beaucoup d’attention en raison de leur rendement élevé et de leur consommation de carburant relativement faible, mais les principes qui les sous-tendent sont fascinants, notamment parce que les frontières entre l’eau et la vapeur deviennent floues dans cet environnement.
La température et la pression de l'eau surcritique rendent impossible la distinction claire entre l'eau liquide et la vapeur gazeuse. Ce phénomène remet en cause notre compréhension fondamentale des phases.
Dans l'état supercritique, la densité de l'eau diminue progressivement à mesure que la pression augmente, sans changement de phase, rendant l'eau et la vapeur physiquement indiscernables. L'état supercritique a un point critique spécifique : au-dessus d'une température de 374°C (705°F) et d'une pression de 22MPa (3200psi), l'eau se comporte très différemment de son état liquide ou gazeux normal.
Ces caractéristiques permettent aux générateurs de vapeur supercritiques d’avoir une efficacité thermique plus élevée pendant le processus de production d’énergie. Selon le théorème de Carnot, l’efficacité de la conversion d’énergie sera considérablement améliorée dans des conditions de température élevée. Lorsque la vapeur passe dans une turbine à haute pression, son efficacité de conversion en énergie mécanique est considérablement augmentée, ce qui facilite la production d’électricité.
La conception du générateur de vapeur supercritique évite efficacement les risques des chaudières traditionnelles pendant le processus de changement de phase, ce qui signifie que la sécurité est grandement améliorée.
L'histoire de cette technologie remonte à 1922, lorsque Mark Benson, un pionnier de la technologie de la vapeur supercritique, a proposé le concept de conversion de l'eau en vapeur sous haute pression en raison de problèmes de sécurité émergents. Les générateurs de vapeur précédents étaient généralement conçus pour des pressions relativement basses et étaient sujets à des accidents tels que des explosions, mais la conception de Benson minimise ces risques.
Avec le développement continu de la technologie Benson, les chaudières modernes à pression variable Benson ont progressivement remplacé la conception d'origine, créant un moyen plus efficace de produire de l'électricité. En 1957, la centrale électrique de Philo, dans l’Ohio, aux États-Unis, a utilisé pour la première fois de la vapeur surcritique à des fins commerciales, ouvrant ainsi un nouveau chapitre dans la production mondiale d’énergie.
Ce n’est qu’en 2012 que les États-Unis ont mis en service leur première centrale électrique au charbon conçue pour fonctionner à des températures supercritiques, démontrant ainsi la maturité progressive de la technologie.
Aujourd’hui, la technologie de la vapeur supercritique n’est pas seulement utilisée dans les centrales électriques au charbon traditionnelles, mais émerge également dans les produits d’énergie renouvelable. Par exemple, en 2014, l’agence australienne CSIRO a réussi à produire de la vapeur supercritique à partir de l’énergie solaire thermique, établissant ainsi un record historique. Cela signifie que le champ d’application de l’eau supercritique est en constante expansion.
Alors, comment l’avenir de la technologie supercritique affectera-t-il notre compréhension et notre utilisation de l’énergie ? Dans ce monde en mutation, pouvons-nous trouver des solutions énergétiques plus sûres et plus efficaces ?
