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Turbine à gaz aérodérivée

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Deux techniciens de l'US Navy travaillent sur une LM2500 à bord de l'USS Mitscher.

Une turbine à gaz aérodérivée est un dérivé d'un moteur d'aviation (turboréacteur, turbopropulseur, ou turbomoteur d'hélicoptère) construit pour d'autres applications, comme la production électrique, l'industrie ou la propulsion navale.

Motivations

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Les turbines aérodérivées peuvent fournir jusqu'à 66 MW pour les plus gros modèles disponibles. Les turbines à gaz conçues spécialement pour les applications stationnaires couvrent un plus large domaine de puissance, puisque certaines dépassent les 500 MW. Les turbines aérodérivées, dans la gamme de puissance où elles sont disponibles, présentent certains avantages liés au fait de partager la grande majorité de leurs composants avec des moteurs d'avion produits en plusieurs milliers d'exemplaires : réductions de coûts dues aux économies d'échelle, large disponibilité des pièces détachées, existence d'un réseau étendu pour la maintenance. Elles sont relativement faciles à déplacer[1].

Modifications

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Dans le cas d'un réacteur à simple flux comme le General Electric J79, la modification principale a consisté à rajouter une turbine supplémentaire en sortie du réacteur d'avion. Il s'agit d'une turbine dite libre, c'est-à-dire qu'elle n'est reliée mécaniquement à aucun compresseur. Le réacteur d'avion est alors utilisé comme générateur de gaz, et la turbine libre se charge de détendre le gaz pour produire l'énergie mécanique utile[2].

Éléments d'un turboréacteur à double flux à haut taux de dilution.

Dans le cas du LM2500, version terrestre du CF6 (turboréacteur à double flux à fort taux de dilution) les modifications apportées sont assez limitées : l'arbre de la zone de basse pression du turboréacteur est directement mis à contribution pour apporter l'énergie utile, au lieu d'actionner la soufflante[3]. En revanche, sur le FT4000, conçu à partir du PW4000 (un moteur similaire au CF6), les modifications sont considérables : seul le cœur du réacteur d'avion (compresseur de haute pression, chambre de combustion et turbine haute pression) est conservé. Le système basse pression (compresseur, arbre et turbine) est entièrement nouveau, et une turbine libre (fournissant la puissance utile) est installée en sortie[4].

Les réacteurs d'avion, sauf rares exceptions, fonctionnent au kérosène. Pour les applications stationnaires, elles sont généralement adaptées pour brûler du gaz naturel, moins coûteux et moins polluant. Elles peuvent aussi utiliser d'autres gaz (biogaz, gaz de synthèse). Du carburant pétrolier distillé peut aussi être utilisé si le site n'est pas relié au réseau de gaz, ou en secours en cas d'interruption du réseau. En effet, les turbines sont très polyvalentes en matière de carburant[5].

Principaux modèles

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Constructeur Modèle Moteur d'origine Puissance mécanique (MW) Application principale
Bristol Siddeley,
puis Rolls-Royce 		Marine Proteus Bristol Siddeley Proteus 2.5 Saunders-Roe Nautical 4[6]
Rolls-Royce

Siemens depuis 2015

Avon Avon 16
Rolls-Royce WR-21 RB.211/Trent 25 Destroyers Type 45
Rolls-Royce MT30 Trent 800 40 Queen Elizabeth, Trieste, Type 26
Rolls-Royce Marine Spey Spey 19,5 Type 23
Pratt & Whitney Canada ST6 Pratt & Whitney Canada PT6 Train turbo[7]
Pratt & Whitney Canada ST18M
ST40M 		Pratt & Whitney Canada PW100 4 [8]
Pratt & Whitney FT8 JT8D 25 [9]
Pratt & Whitney FT4000 PW4000 60 [10]
General Electric LM500 TF34 4,5 Classe Flyvefisken[11]
General Electric LM1500 J79 11 [2]
General Electric LM1600 F404 15 [12]
General Electric LM2500 CF6 25-30 Centrales électrique, FREMM[13]
General Electric LM6000 CF6-80 40-50 Centrales électriques[14]

Applications

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On trouve ce type de turbine dans des centrales électriques (sur réseau ou pour une installation hors-réseau), souvent en cycle combiné (associé à une turbine à vapeur) ou en cogénération (la chaleur résiduelle est valorisée).

Ces turbines sont aussi utilisé en propulsion pour des navires, surtout militaires. Souvent, elles sont installées dans une configuration CODAG, c'est-à-dire qu'elles ne sont utilisées qu'à grande vitesse, la marche économique se faisant sur des moteurs diesel.

Dans l'industrie pétrolière, elles ont plusieurs applications. Elles servent à accélérer le flux dans les gazoducs ou les oléoducs. Ici, il n'y a pas de génératrice électrique, la turbine actionne directement les compresseurs ou les pompes[15]. Dans certains terminaux d'exportation de gaz naturel liquéfié, elles actionnent les pompes à chaleur qui liquéfient le gaz[16]. Sur les plate-formes pétrolières, elles sont utilisées à la fois pour produire l'électricité nécessaire, l'énergie mécanique et la chaleur[17].

Références

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  1. ↑ « Aeroderivative Gas Turbine », dans Gas Turbines for Electric Power Generation, Cambridge University Press, , 665–686 p. (lire en ligne).
  2. ↑ a et b E. E. Stoeckly, « Marinization of the General Electric LM 1500 Gas Turbine », ASME, American Society of Mechanical Engineers,‎ (ISBN 978-0-7918-7990-0, DOI 10.1115/65-GTP-20, lire en ligne, consulté le ).
  3. ↑ (en) « LM2500™ / LM2500+™ / LM2500+G4™ » Accès libre, sur MTU.
  4. ↑ « What is an Aero-derivative Engine? PW4000™ to FT4000 » (consulté le )
  5. ↑ (en-US) Clarion Energy Content Directors, « Aeroderivative Gas Turbine Fuel Flexibility », sur Power Engineering, (consulté le ).
  6. ↑ (en-GB) « The Collection – The Hovercraft Museum » (consulté le )
  7. ↑ (en) « Wings over the world: The PT6 turboprop and turboshaft engine, Part 1 | The Channel », sur ingeniumcanada.org (consulté le )
  8. ↑ Filip Niculescu, Claudia Borzea, Adrian Savescu et Andrei Mitru, « Automation and Electronic Control of Marine Gas Turbine Engine for Ship Revamp », Technium: Romanian Journal of Applied Sciences and Technology, vol. 2, no 4,‎ , p. 98–108 (ISSN 2668-778X, DOI 10.47577/technium.v2i4.923, lire en ligne, consulté le )
  9. ↑ Department of Thermal Machines Technical University “Gh. Asachi” of Iasi Horia 9-11, 700126, Iasi, Romania balanescud@yahoo.com, BăLăNescu Dan-Teodor, HriţCu Constantin-Eusebiu et Talif Sorinel-Gicu, « Aeroderivative Pratt & Whitney FT8-3 gas turbine – an interesting solution for power generation », INCAS BULLETIN, vol. 3, no 1,‎ , p. 9–14 (DOI 10.13111/2066-8201.2011.3.1.2, lire en ligne, consulté le )
  10. ↑ (en) Pratt & Whitney, « Pratt & Whitney Power Systems Developing an FT4000 SWIFTPAC® Next-Generation Industrial Gas Turbine », sur www.prnewswire.com (consulté le )
  11. ↑ (en-US) « Flyvefisken Class (SF 300) », sur Naval Technology (consulté le )
  12. ↑ (en-US) « GE LM1600 Gas Turbine », sur VBR Turbine Partners (consulté le )
  13. ↑ (en-US) « LM2500 & LM2500XPRESS Gas Turbines », sur GE Gas Power (consulté le ).
  14. ↑ (en) « The LM6000 Engine », sur GE Aerospace (consulté le ).
  15. ↑ (en) « Rolls-Royce RB211 gas compression packages ordered for Canadian gas pipeline », sur Rolls-Royce (consulté le ).
  16. ↑ (en) « Aeroderivative Gas Turbines for LNG Liquefaction Plants: Part 2—World’s First Application and Operating Experience », ASME (consulté le ).
  17. ↑ (en) « Rolls-Royce wins $64 million contracts to supply offshore gas turbines », sur Rolls-Royce (consulté le ).
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