CA2830113A1 - Destockage d'hydrogene dans une unite generatrice electrochimique comprenant une pile a hydrogene - Google Patents
Destockage d'hydrogene dans une unite generatrice electrochimique comprenant une pile a hydrogene Download PDFInfo
- Publication number
- CA2830113A1 CA2830113A1 CA2830113A CA2830113A CA2830113A1 CA 2830113 A1 CA2830113 A1 CA 2830113A1 CA 2830113 A CA2830113 A CA 2830113A CA 2830113 A CA2830113 A CA 2830113A CA 2830113 A1 CA2830113 A1 CA 2830113A1
- Authority
- CA
- Canada
- Prior art keywords
- hydrogen
- water
- hydride
- air
- water vapor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Abandoned
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 92
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 92
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 77
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 81
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 claims abstract description 24
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 9
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 claims abstract description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 30
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 13
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 239000008213 purified water Substances 0.000 claims description 3
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 claims 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 30
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 3
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000004845 hydriding Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000858 La alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018013 LaNi5H6 Inorganic materials 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/065—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by dissolution of metals or alloys; by dehydriding metallic substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C11/00—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels
- F17C11/005—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels for hydrogen
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
- H01M8/04216—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes characterised by the choice for a specific material, e.g. carbon, hydride, absorbent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
- H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
- H01M8/186—Regeneration by electrochemical means by electrolytic decomposition of the electrolytic solution or the formed water product
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/32—Hydrogen storage
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Afin de rendre autonome notamment en eau une unité génératrice électrochimique à pile à hydrogène (10), l'unité génératrice (1) comprend un condenseur (13) muni d'un ventilateur (13V) et d'un radiateur (13R) en contact avec un réservoir (12) stockant de l'hydrogène en un hydrure. Le condenseur simultanément transfert de la chaleur d'un air chargé de vapeur d'eau (17E) à une réaction endothermique de l'hydrure en un alliage et en hydrogène via le radiateur et condense de la vapeur d'eau en eau de condensation (13EC) qui est recueillie par un réservoir (14) alimentant en eau un électrolyseur (11) pour produire de l'hydrogène à stocker.
Description
Déstockage d'hydrogène dans une unité génératrice électrochimique comprenant une pile à hydrogène La présente invention concerne une unité génératrice électrochimique comprenant une pile à hydrogène et un procédé pour déstocker de l'hydrogène dans une telle unité.
L'unité génératrice électrochimique comprend outre la pile à hydrogène un réservoir de stockage pour stocker de l'hydrogène. Les réservoirs de stockage sont le plus souvent des bouteilles qui stockent sous une pression très élevée l'hydrogène. Les bouteilles doivent être réapprovisionnées.
L'hydrogène peut être produit par électrolyse de l'eau pour éviter un approvisionnement en combustible. Dans ce cas, l'hydrogène produit par un électrolyseur doit être compressé sous pression très élevée et stocké dans des bouteilles sur site ce qui requiert des moyens lourds, complexes et coûteux incompatibles avec une unité génératrice électrochimique transportable. En outre, la réglementation sur le stockage d'hydrogène sous haute pression est contraignante et le stockage d'hydrogène dans les bouteilles doit être sécurisé
par un gardiennage. Une source d'alimentation en eau doit être prévue sur le site pour le fonctionnement de l'électrolyseur.
Pour remédier aux inconvénients du stockage de l'hydrogène dans des bouteilles, des réservoirs de stockage d'hydrogène fondés sur une réaction d'hydruration réversible ont été conçus récemment. Cependant une unité
génératrice électrochimique comportant une pile à hydrogène, un électrolyseur et un réservoir de stockage d'hydrogène de ce type n'est pas autonome en eau pour l'électrolyseur.
L'invention vise à remédier aux inconvénients précités afin de rendre autonome notamment en eau une unité génératrice électrochimique à pile à
hydrogène.
A cette fin, un procédé pour déstocker de l'hydrogène stocké en un hydrure, qui comprend simultanément un transfert de chaleur d'un air chargé
de vapeur d'eau à une réaction endothermique de l'hydrure en un alliage et en hydrogène et une condensation de la vapeur d'eau en eau de condensation, est caractérisé en ce qu'il comprend un forçage de l'air chargé de vapeur d'eau sur un échangeur thermique en contact avec l'hydrure, de manière à faciliter le transfert de chaleur de l'air chargé de vapeur d'eau à la réaction endothermique.
L'unité génératrice électrochimique comprend outre la pile à hydrogène un réservoir de stockage pour stocker de l'hydrogène. Les réservoirs de stockage sont le plus souvent des bouteilles qui stockent sous une pression très élevée l'hydrogène. Les bouteilles doivent être réapprovisionnées.
L'hydrogène peut être produit par électrolyse de l'eau pour éviter un approvisionnement en combustible. Dans ce cas, l'hydrogène produit par un électrolyseur doit être compressé sous pression très élevée et stocké dans des bouteilles sur site ce qui requiert des moyens lourds, complexes et coûteux incompatibles avec une unité génératrice électrochimique transportable. En outre, la réglementation sur le stockage d'hydrogène sous haute pression est contraignante et le stockage d'hydrogène dans les bouteilles doit être sécurisé
par un gardiennage. Une source d'alimentation en eau doit être prévue sur le site pour le fonctionnement de l'électrolyseur.
Pour remédier aux inconvénients du stockage de l'hydrogène dans des bouteilles, des réservoirs de stockage d'hydrogène fondés sur une réaction d'hydruration réversible ont été conçus récemment. Cependant une unité
génératrice électrochimique comportant une pile à hydrogène, un électrolyseur et un réservoir de stockage d'hydrogène de ce type n'est pas autonome en eau pour l'électrolyseur.
L'invention vise à remédier aux inconvénients précités afin de rendre autonome notamment en eau une unité génératrice électrochimique à pile à
hydrogène.
A cette fin, un procédé pour déstocker de l'hydrogène stocké en un hydrure, qui comprend simultanément un transfert de chaleur d'un air chargé
de vapeur d'eau à une réaction endothermique de l'hydrure en un alliage et en hydrogène et une condensation de la vapeur d'eau en eau de condensation, est caractérisé en ce qu'il comprend un forçage de l'air chargé de vapeur d'eau sur un échangeur thermique en contact avec l'hydrure, de manière à faciliter le transfert de chaleur de l'air chargé de vapeur d'eau à la réaction endothermique.
2 PCT/EP2012/053828 Ainsi selon l'invention, l'autonomie en eau à fournir à un électrolyseur dans une unité génératrice électrochimique à pile à hydrogène est acquise grâce à une condensation de la vapeur d'eau qui est en suspension dans l'air sur le site d'installation de l'unité génératrice, en eau de condensation pendant le déstockage d'hydrogène.
L'alliage peut être à base d'une terre rare et d'un métal.
Afin de recueillir de l'eau destinée à l'électrolyseur sans que l'eau ne gèle, la diminution de la température de l'air chargé de vapeur d'eau au cours du transfert de chaleur ne doit pas être supérieure à la température de rosée de l'air.
En fonction des conditions climatiques du site d'installation de l'unité
génératrice, l'air chargé de vapeur d'eau peut comprendre pour partie de l'air chaud chargé de vapeur d'eau dégagé par la pile à hydrogène recevant l'hydrogène déstocké.
Le procédé peut comprendre en outre une électrolyse de l'eau de condensation pour produire de l'hydrogène à stocker en l'hydrure, en particulier lorsque l'unité génératrice comprend un électrolyseur.
L'invention concerne également une unité génératrice électrochimique comprenant une pile à hydrogène et un réservoir de stockage apte à stocker de l'hydrogène en un hydrure pour déstocker de l'hydrogène vers la pile. L'unité
génératrice est caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen apte à coopérer avec le réservoir de stockage pour simultanément transférer de la chaleur d'un air chargé de vapeur d'eau à une réaction endothermique de l'hydrure en un alliage et en hydrogène et condenser de la vapeur d'eau en eau de condensation.
Selon une réalisation particulière, ledit moyen apte à coopérer avec le réservoir de stockage d'hydrogène peut comprendre un condenseur pour condenser de la vapeur d'eau en eau de condensation, un échangeur thermique qui est apte à être en contact avec l'air chargé de vapeur d'eau dans le condenseur et avec l'hydrure dans le réservoir de stockage, et un moyen de convection dans le condenseur pour forcer l'air chargé de vapeur d'eau sur l'échangeur thermique. Dans cette réalisation sont alors prévus un réservoir-collecteur d'eau pour collecter l'eau de condensation, et un électrolyseur apte à
être alimenté électriquement pour produire de l'hydrogène à stocker en l'hydrure dans le réservoir de stockage par électrolyse de l'eau de
L'alliage peut être à base d'une terre rare et d'un métal.
Afin de recueillir de l'eau destinée à l'électrolyseur sans que l'eau ne gèle, la diminution de la température de l'air chargé de vapeur d'eau au cours du transfert de chaleur ne doit pas être supérieure à la température de rosée de l'air.
En fonction des conditions climatiques du site d'installation de l'unité
génératrice, l'air chargé de vapeur d'eau peut comprendre pour partie de l'air chaud chargé de vapeur d'eau dégagé par la pile à hydrogène recevant l'hydrogène déstocké.
Le procédé peut comprendre en outre une électrolyse de l'eau de condensation pour produire de l'hydrogène à stocker en l'hydrure, en particulier lorsque l'unité génératrice comprend un électrolyseur.
L'invention concerne également une unité génératrice électrochimique comprenant une pile à hydrogène et un réservoir de stockage apte à stocker de l'hydrogène en un hydrure pour déstocker de l'hydrogène vers la pile. L'unité
génératrice est caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen apte à coopérer avec le réservoir de stockage pour simultanément transférer de la chaleur d'un air chargé de vapeur d'eau à une réaction endothermique de l'hydrure en un alliage et en hydrogène et condenser de la vapeur d'eau en eau de condensation.
Selon une réalisation particulière, ledit moyen apte à coopérer avec le réservoir de stockage d'hydrogène peut comprendre un condenseur pour condenser de la vapeur d'eau en eau de condensation, un échangeur thermique qui est apte à être en contact avec l'air chargé de vapeur d'eau dans le condenseur et avec l'hydrure dans le réservoir de stockage, et un moyen de convection dans le condenseur pour forcer l'air chargé de vapeur d'eau sur l'échangeur thermique. Dans cette réalisation sont alors prévus un réservoir-collecteur d'eau pour collecter l'eau de condensation, et un électrolyseur apte à
être alimenté électriquement pour produire de l'hydrogène à stocker en l'hydrure dans le réservoir de stockage par électrolyse de l'eau de
3 condensation collectée. Un purificateur peut être prévu pour purifier l'eau de condensation collectée en eau purifiée à fournir à l'électrolyseur.
Si les conditions climatiques du site d'installation de l'unité génératrice sont insuffisantes pour fournir de l'air suffisamment humide à
l'électrolyseur, le moyen de convection dans le condenseur peut être apte à forcer de l'air extérieur chargé de vapeur d'eau et de l'air chaud chargé de vapeur d'eau dégagé par la pile à hydrogène sur l'échangeur thermique.
Comme on le verra par la suite, l'unité génératrice électrochimique peut servir à pallier une panne ou une insuffisance de puissance électrique générée par une source de puissance électrique intermittente, telle qu'une source d'énergie renouvelable ou un réseau de distribution électrique, devant alimenter un équipement électrique. Afin d'accroître la longévité de la pile à
hydrogène, la pile peut être apte à alimenter l'équipement électrique et à
charger des batteries pendant le déstockage de l'hydrogène dès que la puissance des batteries est à un premier seuil de puissance, tel qu'un seuil de décharge et jusqu'à ce que les batteries chargées par la pile atteignent un second seuil de puissance, tel qu'un seuil de pleine charge, supérieur au premier seuil.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations de l'invention données à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels la figure unique 1 est un bloc-diagramme schématique d'une unité génératrice électrochimique à hydrogène incluse dans un système d'alimentation électrique.
En référence à la figure 1, une unité génératrice électrochimique 1 comprend sous forme de modules qui peuvent être transportables, une pile à
hydrogène 10, un électrolyseur 11, un réservoir de stockage d'hydrogène 12, un condenseur 13, un réservoir-collecteur d'eau 14 et un purificateur d'eau 16.
Selon la réalisation illustrée, le fonctionnement de l'unité génératrice électrochimique 1 est géré par une unité de gestion d'alimentation électrique pour gérer la charger d'un module de stockage d'énergie électrique 3 comprenant des batteries 31 et l'alimentation d'un équipement électrique 4 et de l'unité 1.
L'équipement électrique 4 fait office de charge électrique de l'unité
génératrice électrochimique 1 et est par exemple une station de télécommunications fonctionnant en émetteur et récepteur pour terminaux
Si les conditions climatiques du site d'installation de l'unité génératrice sont insuffisantes pour fournir de l'air suffisamment humide à
l'électrolyseur, le moyen de convection dans le condenseur peut être apte à forcer de l'air extérieur chargé de vapeur d'eau et de l'air chaud chargé de vapeur d'eau dégagé par la pile à hydrogène sur l'échangeur thermique.
Comme on le verra par la suite, l'unité génératrice électrochimique peut servir à pallier une panne ou une insuffisance de puissance électrique générée par une source de puissance électrique intermittente, telle qu'une source d'énergie renouvelable ou un réseau de distribution électrique, devant alimenter un équipement électrique. Afin d'accroître la longévité de la pile à
hydrogène, la pile peut être apte à alimenter l'équipement électrique et à
charger des batteries pendant le déstockage de l'hydrogène dès que la puissance des batteries est à un premier seuil de puissance, tel qu'un seuil de décharge et jusqu'à ce que les batteries chargées par la pile atteignent un second seuil de puissance, tel qu'un seuil de pleine charge, supérieur au premier seuil.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations de l'invention données à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels la figure unique 1 est un bloc-diagramme schématique d'une unité génératrice électrochimique à hydrogène incluse dans un système d'alimentation électrique.
En référence à la figure 1, une unité génératrice électrochimique 1 comprend sous forme de modules qui peuvent être transportables, une pile à
hydrogène 10, un électrolyseur 11, un réservoir de stockage d'hydrogène 12, un condenseur 13, un réservoir-collecteur d'eau 14 et un purificateur d'eau 16.
Selon la réalisation illustrée, le fonctionnement de l'unité génératrice électrochimique 1 est géré par une unité de gestion d'alimentation électrique pour gérer la charger d'un module de stockage d'énergie électrique 3 comprenant des batteries 31 et l'alimentation d'un équipement électrique 4 et de l'unité 1.
L'équipement électrique 4 fait office de charge électrique de l'unité
génératrice électrochimique 1 et est par exemple une station de télécommunications fonctionnant en émetteur et récepteur pour terminaux
4 wo 2012/123290 PCT/EP2012/053828 mobiles et communiquant avec au moins un équipement terrestre de centralisation de télécommunications ou un satellite de télécommunications.
L'équipement 5 est alimenté en permanence sous le contrôle de l'unité de gestion 2, avec une puissance électrique de fonctionnement variable en fonction des services assurés par l'équipement. Par exemple, l'équipement est alimenté sous une tension continue de 48 V correspondant à la tension nominale en sortie des batteries 31.
La pile à hydrogène 10 est par exemple de technologie à membrane d'échange de protons PEM ("Proton Exchange Membrane" en anglais).
L'hydrogène sous forme de dihydrogène est déchargé du module de stockage d'hydrogène 12 via une conduite 16 ayant une électrovanne 16EV ouverte sous la commande de l'unité de gestion 2, pour s'oxyder à l'anode 10A de la pile. L'oxygène provenant de l'air ambiant est réduite sur la cathode 10C de la pile avec un échange d'ions pour fournir du courant électrique en sortie de la pile 10 et de l'air chargé de vapeur d'eau dans une conduite 17P qui, selon une variante, peut être reliée au condenseur 13.
Sous la commande de l'unité de gestion 2, l'électrolyseur 11 peut être alimenté en électricité par les batteries 31. L'électrolyseur 11 est alimenté
en eau par le réservoir-collecteur 14 à travers une conduite 18 ayant une électrovanne 18EV ouverte sous la commande de l'unité de gestion 2, et à
travers le purificateur d'eau 15. L'électrolyseur opère à faible pression et basse température pour décomposer l'eau collectée et purifiée en oxygène et en hydrogène. A l'anode 11A de l'électrolyseur, l'oxygène s'échappe dans l'air. A
la cathode 11C de l'électrolyseur, l'hydrogène est produit sous faible pression pour être stocké dans le réservoir 12 via une conduite 19 ayant une électrovanne 19EV ouverte sous la commande de l'unité de gestion 2. Par exemple, l'électrolyseur 11 est compact et comprend un électrolyte à l'état solide comme une membrane polymère PEM. L'électrolyse de l'eau est déclenchée dans l'électrolyseur 11 par un apport d'électricité en sortie de l'unité de gestion 2 qui gère la durée de l'électrolyse et de l'ouverture des électrovannes 18EV et 19EV jusqu'à ce que le réservoir de stockage d'hydrogène 42 soit plein.
Le réservoir de stockage d'hydrogène 12 et le condenseur de vapeur d'eau 13 sont sous la forme d'au moins un conteneur.
Le réservoir 12 contient par exemple des caissons 12C, qui peuvent être sous forme de bouteilles et qui sont empilés verticalement suivant la réalisation illustrée. Chaque caisson 12C a une entrée de stockage 12S raccordée à la conduite 19 pour stocker directement l'hydrogène produite par la cathode 11C
de l'électrolyseur 11 et une sortie de déstockage 12D raccordée à la conduite 16 pour déstocker directement l'hydrogène vers l'anode 10A de la pile 10. En variante, l'entrée 42S et la sortie 42D sont réunies en une seule bouche de
L'équipement 5 est alimenté en permanence sous le contrôle de l'unité de gestion 2, avec une puissance électrique de fonctionnement variable en fonction des services assurés par l'équipement. Par exemple, l'équipement est alimenté sous une tension continue de 48 V correspondant à la tension nominale en sortie des batteries 31.
La pile à hydrogène 10 est par exemple de technologie à membrane d'échange de protons PEM ("Proton Exchange Membrane" en anglais).
L'hydrogène sous forme de dihydrogène est déchargé du module de stockage d'hydrogène 12 via une conduite 16 ayant une électrovanne 16EV ouverte sous la commande de l'unité de gestion 2, pour s'oxyder à l'anode 10A de la pile. L'oxygène provenant de l'air ambiant est réduite sur la cathode 10C de la pile avec un échange d'ions pour fournir du courant électrique en sortie de la pile 10 et de l'air chargé de vapeur d'eau dans une conduite 17P qui, selon une variante, peut être reliée au condenseur 13.
Sous la commande de l'unité de gestion 2, l'électrolyseur 11 peut être alimenté en électricité par les batteries 31. L'électrolyseur 11 est alimenté
en eau par le réservoir-collecteur 14 à travers une conduite 18 ayant une électrovanne 18EV ouverte sous la commande de l'unité de gestion 2, et à
travers le purificateur d'eau 15. L'électrolyseur opère à faible pression et basse température pour décomposer l'eau collectée et purifiée en oxygène et en hydrogène. A l'anode 11A de l'électrolyseur, l'oxygène s'échappe dans l'air. A
la cathode 11C de l'électrolyseur, l'hydrogène est produit sous faible pression pour être stocké dans le réservoir 12 via une conduite 19 ayant une électrovanne 19EV ouverte sous la commande de l'unité de gestion 2. Par exemple, l'électrolyseur 11 est compact et comprend un électrolyte à l'état solide comme une membrane polymère PEM. L'électrolyse de l'eau est déclenchée dans l'électrolyseur 11 par un apport d'électricité en sortie de l'unité de gestion 2 qui gère la durée de l'électrolyse et de l'ouverture des électrovannes 18EV et 19EV jusqu'à ce que le réservoir de stockage d'hydrogène 42 soit plein.
Le réservoir de stockage d'hydrogène 12 et le condenseur de vapeur d'eau 13 sont sous la forme d'au moins un conteneur.
Le réservoir 12 contient par exemple des caissons 12C, qui peuvent être sous forme de bouteilles et qui sont empilés verticalement suivant la réalisation illustrée. Chaque caisson 12C a une entrée de stockage 12S raccordée à la conduite 19 pour stocker directement l'hydrogène produite par la cathode 11C
de l'électrolyseur 11 et une sortie de déstockage 12D raccordée à la conduite 16 pour déstocker directement l'hydrogène vers l'anode 10A de la pile 10. En variante, l'entrée 42S et la sortie 42D sont réunies en une seule bouche de
5 stockage/déstockage du caisson.
Le condenseur 13 est par exemple sous la forme d'une colonne creuse métallique ayant en partie haute une entrée d'admission d'air 13AE pour admettre de l'air ambiant 17E, et en partie basse une sortie d'échappement d'air 13S vers l'extérieur et une sortie de récupération d'eau de condensation 13EC dirigée vers le réservoir-collecteur d'eau 14. Le condenseur 13 contient un système de convection forcé d'air et un échangeur thermique. Le système de convection est par exemple constitué par un ventilateur électrique 13V
commandé par l'unité de gestion 2 et disposé en partie haute devant l'entrée d'air 13AE. L'échangeur thermique est par exemple sous la forme d'un radiateur 13R ayant des ailettes orientées vers l'intérieur du condenseur 13 pour être au contact de l'air ventilé et un socle constituant une cloison thermiquement conductrice, par exemple en graphite, commune au condenseur et aux caissons 12C du réservoir de stockage 12.
Le réservoir-collecteur d'eau 14 comprend une cuve pour collecter par gravité de l'eau de condensation 13EC qui est produite par le condenseur 13.
Optionnellement, le réservoir-collecteur 14 collecte de l'eau de pluie 14p. Le réservoir-collecteur 14 est relié par la conduite 18 dont l'électrovanne 18EV
est ouverte sous la commande de l'unité de gestion 2 pour alimenter en eau le purificateur 15 et l'électrolyseur 11 lorsque celui-ci est alimenté
électriquement SOuS la commande de l'unité de gestion 2 pour produire de l'hydrogène à
stocker. Le purificateur 15 purifie l'eau collectée pour satisfaire la qualité
d'eau requise par l'électrolyseur 11.
Le réservoir de stockage d'hydrogène 12 stocke directement l'hydrogène produit par l'électrolyseur 11 et fournit directement de l'hydrogène en tant que vecteur énergétique à la pile à hydrogène 10. Le réservoir 12 est chargé avec l'hydrogène produit à une pression basse typiquement d'une dizaine de bar par l'électrolyseur 11 via l'électrovanne 19EV ouverte sous la commande de l'unité
de gestion 2 dans la conduite 19. Chaque caisson 12C dans le réservoir 12 contient un alliage à base de terre rare et de métal, tel qu'un alliage de lanthane et nickel, au contact du socle du radiateur 13R.
Lors du stockage d'hydrogène exothermique, l'alliage présentant une capacité d'adsorption massique réversible élevée adsorbe l'hydrogène produit par l'électrolyseur 11 pour former un substrat d'hydrure, tel que l'hydrure
Le condenseur 13 est par exemple sous la forme d'une colonne creuse métallique ayant en partie haute une entrée d'admission d'air 13AE pour admettre de l'air ambiant 17E, et en partie basse une sortie d'échappement d'air 13S vers l'extérieur et une sortie de récupération d'eau de condensation 13EC dirigée vers le réservoir-collecteur d'eau 14. Le condenseur 13 contient un système de convection forcé d'air et un échangeur thermique. Le système de convection est par exemple constitué par un ventilateur électrique 13V
commandé par l'unité de gestion 2 et disposé en partie haute devant l'entrée d'air 13AE. L'échangeur thermique est par exemple sous la forme d'un radiateur 13R ayant des ailettes orientées vers l'intérieur du condenseur 13 pour être au contact de l'air ventilé et un socle constituant une cloison thermiquement conductrice, par exemple en graphite, commune au condenseur et aux caissons 12C du réservoir de stockage 12.
Le réservoir-collecteur d'eau 14 comprend une cuve pour collecter par gravité de l'eau de condensation 13EC qui est produite par le condenseur 13.
Optionnellement, le réservoir-collecteur 14 collecte de l'eau de pluie 14p. Le réservoir-collecteur 14 est relié par la conduite 18 dont l'électrovanne 18EV
est ouverte sous la commande de l'unité de gestion 2 pour alimenter en eau le purificateur 15 et l'électrolyseur 11 lorsque celui-ci est alimenté
électriquement SOuS la commande de l'unité de gestion 2 pour produire de l'hydrogène à
stocker. Le purificateur 15 purifie l'eau collectée pour satisfaire la qualité
d'eau requise par l'électrolyseur 11.
Le réservoir de stockage d'hydrogène 12 stocke directement l'hydrogène produit par l'électrolyseur 11 et fournit directement de l'hydrogène en tant que vecteur énergétique à la pile à hydrogène 10. Le réservoir 12 est chargé avec l'hydrogène produit à une pression basse typiquement d'une dizaine de bar par l'électrolyseur 11 via l'électrovanne 19EV ouverte sous la commande de l'unité
de gestion 2 dans la conduite 19. Chaque caisson 12C dans le réservoir 12 contient un alliage à base de terre rare et de métal, tel qu'un alliage de lanthane et nickel, au contact du socle du radiateur 13R.
Lors du stockage d'hydrogène exothermique, l'alliage présentant une capacité d'adsorption massique réversible élevée adsorbe l'hydrogène produit par l'électrolyseur 11 pour former un substrat d'hydrure, tel que l'hydrure
6 PCT/EP2012/053828 LaNi5H6, avec un dégagement de chaleur vers l'extérieur. Ce stockage direct de l'hydrogène produit ne recourt pas à une compression de plusieurs centaines de bar de l'hydrogène comme pour le stockage d'hydrogène gazeux ou liquide dans des bouteilles et présente un rendement énergétique très élevé.
La réaction d'hydruration étant réversible, le réservoir 12 déstocke l'hydrogène stocké par désorption au moyen d'un transfert de la chaleur fournie par l'air 17E admis dans le condenseur 13 à la réaction endothermique transformant l'hydrure en alliage et hydrogène. L'hydrogène est déstocké sous une pression de déstockage plus faible et sous une température plus élevée, via la conduite de décharge 16 avec l'électrovanne 16EV ouverte par l'unité de gestion 2. La pression de déstockage de quelques bars est plus faible que celle du stockage d'hydrogène et sensiblement supérieure à la pression atmosphérique et correspond à la pression de la pile 10. Le métal passe alors de l'état d'hydrure à son état d'origine prêt à stocker de l'hydrogène produit à
nouveau. Pour le déstockage d'hydrogène, le ventilateur 13V est mis en fonctionnement par l'unité de gestion 2 afin que la quantité de chaleur nécessaire à la désorption soit apportée par l'air extérieur relativement humide 17E. L'air 13F forcé par le ventilateur 13V dans le condenseur 13, par exemple avec un débit de 1m3/s environ, se refroidit au contact des ailettes du radiateur 13R dont le socle est en contact avec l'hydrure qui prélève la chaleur nécessaire au déstockage d'hydrogène endothermique.
Lors du refroidissement de l'air forcé 13F dans le condenseur au cours de l'échange thermique avec l'hydrure via le radiateur 13R, la température de l'air passe à une température d'environ 1 C, supérieure à la température de rosée de l'air, sans que l'eau de condensation n'atteigne la température de congélation et ne gèle, afin de transformer la vapeur d'eau saturée en eau liquide 13EC récupérable par le réservoir-collecteur 14. Un contrôleur dans l'unité de gestion 2 est relié à un thermomètre dans le condenseur 13 pour surveiller que la température à la surface du radiateur 13R n'atteigne pas 0 C.
Le réservoir 12 et le condenseur 13 sont dimensionnés de sorte que le condenseur fournisse suffisamment d'eau à l'électrolyseur via le purificateur et de sorte que l'électrolyseur fournisse suffisamment d'hydrogène à stocker pour que la pile 10 fournisse rapidement de l'énergie électrique aux batteries 31 à recharger typiquement en quelques heures, tout en alimentant l'équipement 4. Cycliquement sous la commande de l'unité de gestion 2, les batteries 31 sont chargées rapidement par la pile 40, et se déchargent lentement pour alimenter l'équipement 4. La quantité de chaleur retirée par le
La réaction d'hydruration étant réversible, le réservoir 12 déstocke l'hydrogène stocké par désorption au moyen d'un transfert de la chaleur fournie par l'air 17E admis dans le condenseur 13 à la réaction endothermique transformant l'hydrure en alliage et hydrogène. L'hydrogène est déstocké sous une pression de déstockage plus faible et sous une température plus élevée, via la conduite de décharge 16 avec l'électrovanne 16EV ouverte par l'unité de gestion 2. La pression de déstockage de quelques bars est plus faible que celle du stockage d'hydrogène et sensiblement supérieure à la pression atmosphérique et correspond à la pression de la pile 10. Le métal passe alors de l'état d'hydrure à son état d'origine prêt à stocker de l'hydrogène produit à
nouveau. Pour le déstockage d'hydrogène, le ventilateur 13V est mis en fonctionnement par l'unité de gestion 2 afin que la quantité de chaleur nécessaire à la désorption soit apportée par l'air extérieur relativement humide 17E. L'air 13F forcé par le ventilateur 13V dans le condenseur 13, par exemple avec un débit de 1m3/s environ, se refroidit au contact des ailettes du radiateur 13R dont le socle est en contact avec l'hydrure qui prélève la chaleur nécessaire au déstockage d'hydrogène endothermique.
Lors du refroidissement de l'air forcé 13F dans le condenseur au cours de l'échange thermique avec l'hydrure via le radiateur 13R, la température de l'air passe à une température d'environ 1 C, supérieure à la température de rosée de l'air, sans que l'eau de condensation n'atteigne la température de congélation et ne gèle, afin de transformer la vapeur d'eau saturée en eau liquide 13EC récupérable par le réservoir-collecteur 14. Un contrôleur dans l'unité de gestion 2 est relié à un thermomètre dans le condenseur 13 pour surveiller que la température à la surface du radiateur 13R n'atteigne pas 0 C.
Le réservoir 12 et le condenseur 13 sont dimensionnés de sorte que le condenseur fournisse suffisamment d'eau à l'électrolyseur via le purificateur et de sorte que l'électrolyseur fournisse suffisamment d'hydrogène à stocker pour que la pile 10 fournisse rapidement de l'énergie électrique aux batteries 31 à recharger typiquement en quelques heures, tout en alimentant l'équipement 4. Cycliquement sous la commande de l'unité de gestion 2, les batteries 31 sont chargées rapidement par la pile 40, et se déchargent lentement pour alimenter l'équipement 4. La quantité de chaleur retirée par le
7 réservoir de stockage 12 excède les besoins en eau de l'électrolyseur pour la production d'hydrogène nécessaire au fonctionnement de la pile pendant la recharge des batteries depuis une puissance de décharge P3m à une puissance de pleine charge P3M. Par exemple, pendant le déstockage d'hydrogène, 3 litres d'eau de condensation environ peut être produit en seulement 60 minutes environ et serviront à la production de 3,75 Nm3 (Normal mètre cube) d'hydrogène par l'électrolyseur. La consommation en hydrogène de la pile pour 4 kW pour 3h est de 11 Nm3 environ et permet la production de 9 litres d'eau de condensation environ ainsi que la production de 12 kWh pour recharger rapidement les batteries. Une réserve d'eau renouvelable lors de la maintenance annuelle de l'unité 1 peut être prévue pour cette variante.
En variante, si l'hygrométricité et/ou la température de l'air sur le site d'installation de l'unité 1 sont trop faibles ou deviennent trop faibles, la chaleur apportée par l'air extérieur 17E et à prélever par le réservoir 12 via le radiateur 13R pendant le déstockage peut être comblée par le flux d'air chaud 17P
chargé de vapeur d'eau, dégagé par la réaction chimique dans la pile 10 qui est en fonctionnement lors du déstockage. Dans cette variante, l'air chaud 17P
chargé de vapeur d'eau est amené de la pile 10 par une conduite à une entrée d'admission 13AP du condenseur 13 devant le ventilateur 13V. La vapeur d'eau produite par le fonctionnement de la pile à hydrogène 10 ne fournit pas assez d'eau de condensation 13EC pour qu'une réserve d'hydrogène dans le réservoir 12 produite par l'électrolyseur 11 soit suffisante à la production d'électricité de la pile 10 nécessaire à la recharge des batteries 31.
Selon une première utilisation de l'unité génératrice électrochimique 1, l'unité de gestion 2 est couplée à une source de puissance électrique intermittente 5 afin que la source intermittente alimente en priorité
l'équipement électrique 4.
La source de puissance intermittente 5 peut être un dispositif d'énergie renouvelable comprenant un module éolien et un module d'énergie solaire. Le module éolien peut comprendre une ou plusieurs génératrices éoliennes. Le module d'énergie solaire peut comprendre un ou plusieurs panneaux solaires photovoltaïques. L'unité 1 sert à pallier une longue période prédéterminée sans vent et sans ensoleillement, par exemple d'au moins 10 jours environ, et donc une inactivité de la source intermittente 5 pendant laquelle l'équipement électrique 4 est d'abord alimenté par les batteries 31, ou le cas échéant par l'unité génératrice électrochimique 1 lorsque les batteries sont à recharger.
En variante, si l'hygrométricité et/ou la température de l'air sur le site d'installation de l'unité 1 sont trop faibles ou deviennent trop faibles, la chaleur apportée par l'air extérieur 17E et à prélever par le réservoir 12 via le radiateur 13R pendant le déstockage peut être comblée par le flux d'air chaud 17P
chargé de vapeur d'eau, dégagé par la réaction chimique dans la pile 10 qui est en fonctionnement lors du déstockage. Dans cette variante, l'air chaud 17P
chargé de vapeur d'eau est amené de la pile 10 par une conduite à une entrée d'admission 13AP du condenseur 13 devant le ventilateur 13V. La vapeur d'eau produite par le fonctionnement de la pile à hydrogène 10 ne fournit pas assez d'eau de condensation 13EC pour qu'une réserve d'hydrogène dans le réservoir 12 produite par l'électrolyseur 11 soit suffisante à la production d'électricité de la pile 10 nécessaire à la recharge des batteries 31.
Selon une première utilisation de l'unité génératrice électrochimique 1, l'unité de gestion 2 est couplée à une source de puissance électrique intermittente 5 afin que la source intermittente alimente en priorité
l'équipement électrique 4.
La source de puissance intermittente 5 peut être un dispositif d'énergie renouvelable comprenant un module éolien et un module d'énergie solaire. Le module éolien peut comprendre une ou plusieurs génératrices éoliennes. Le module d'énergie solaire peut comprendre un ou plusieurs panneaux solaires photovoltaïques. L'unité 1 sert à pallier une longue période prédéterminée sans vent et sans ensoleillement, par exemple d'au moins 10 jours environ, et donc une inactivité de la source intermittente 5 pendant laquelle l'équipement électrique 4 est d'abord alimenté par les batteries 31, ou le cas échéant par l'unité génératrice électrochimique 1 lorsque les batteries sont à recharger.
8 PCT/EP2012/053828 Selon une deuxième utilisation, la source de puissance intermittente 5 est un réseau de distribution d'énergie électrique local, et l'unité génératrice électrochimique 1 avec les batteries 31 sert de générateur électrique de secours en cas de défaillance du réseau électrique local pour continuer à
alimenter l'équipement 5. La défaillance du réseau électrique local peut être due à une panne plus ou moins fréquente, mais aussi à une détérioration du réseau faisant suite à une catastrophe naturelle, comme une tempête, un séisme ou un tsunami.
Pour ces utilisations, l'unité de gestion 2 peut comprendre des commutateurs reliés à la source intermittente 5 et à l'unité génératrice électrochimique 1, des convertisseurs de courant incluant chacun un régulateur de charge et reliés aux batteries 31, à l'équipement 4 et à l'unité
génératrice électrochimique 1, et un contrôleur pour commander les commutateurs et les convertisseurs et l'unité 1 en fonction de la puissance fournie par la source 5 et de la consommation en courant de l'équipement 4, des batteries 31 et de l'électrolyseur 11. L'unité de gestion 2 peut comprendre des commutateurs reliés à la source intermittente 5 maintient la continuité de l'alimentation électrique de l'équipement 4 en recourant le moins possible à l'unité
génératrice électrochimique 1 pour alimenter l'équipement 4 et l'unité 2 ce qui accroît la longévité de l'unité génératrice électrochimique et l'autonomie du système d'alimentation 1-5 et réduit la maintenance de celui-ci, et en recourant le plus possible à la source intermittente 5 et aux batteries 31 pour alimenter l'équipement. En effet, la longévité de la pile à hydrogène incluse dans l'unité
génératrice est indépendante de la puissance qu'elle délivre, mais est dépendante du nombre d'activation-désactivation de la pile, tandis qu'une batterie a une longévité élevée de plusieurs années même si elle subit un nombre très élevé de charges et décharges. Les conditions précitées diminuent également la fréquence de la maintenance du système d'alimentation, en particulier de l'unité génératrice électrochimique.
D'une part, l'électrolyseur 41 ne produit et stocke de l'hydrogène dans le réservoir 42 lorsque l'électrolyseur, l'équipement 4 et l'unité 2 sont alimentés par la source intermittente 5 que si la double condition très particulière suivante est satisfaite: la puissance de la source intermittente 5 excède la puissance de fonctionnement de l'équipement et les batteries 31 ont une puissance au moins égale à un premier seuil de puissance, tel qu'un seuil de pleine charge.
D'autre part, le déstockage d'hydrogène du réservoir 12 vers la pile 10 et simultanément une alimentation de l'équipement 4 et de l'unité 2 par la pile et
alimenter l'équipement 5. La défaillance du réseau électrique local peut être due à une panne plus ou moins fréquente, mais aussi à une détérioration du réseau faisant suite à une catastrophe naturelle, comme une tempête, un séisme ou un tsunami.
Pour ces utilisations, l'unité de gestion 2 peut comprendre des commutateurs reliés à la source intermittente 5 et à l'unité génératrice électrochimique 1, des convertisseurs de courant incluant chacun un régulateur de charge et reliés aux batteries 31, à l'équipement 4 et à l'unité
génératrice électrochimique 1, et un contrôleur pour commander les commutateurs et les convertisseurs et l'unité 1 en fonction de la puissance fournie par la source 5 et de la consommation en courant de l'équipement 4, des batteries 31 et de l'électrolyseur 11. L'unité de gestion 2 peut comprendre des commutateurs reliés à la source intermittente 5 maintient la continuité de l'alimentation électrique de l'équipement 4 en recourant le moins possible à l'unité
génératrice électrochimique 1 pour alimenter l'équipement 4 et l'unité 2 ce qui accroît la longévité de l'unité génératrice électrochimique et l'autonomie du système d'alimentation 1-5 et réduit la maintenance de celui-ci, et en recourant le plus possible à la source intermittente 5 et aux batteries 31 pour alimenter l'équipement. En effet, la longévité de la pile à hydrogène incluse dans l'unité
génératrice est indépendante de la puissance qu'elle délivre, mais est dépendante du nombre d'activation-désactivation de la pile, tandis qu'une batterie a une longévité élevée de plusieurs années même si elle subit un nombre très élevé de charges et décharges. Les conditions précitées diminuent également la fréquence de la maintenance du système d'alimentation, en particulier de l'unité génératrice électrochimique.
D'une part, l'électrolyseur 41 ne produit et stocke de l'hydrogène dans le réservoir 42 lorsque l'électrolyseur, l'équipement 4 et l'unité 2 sont alimentés par la source intermittente 5 que si la double condition très particulière suivante est satisfaite: la puissance de la source intermittente 5 excède la puissance de fonctionnement de l'équipement et les batteries 31 ont une puissance au moins égale à un premier seuil de puissance, tel qu'un seuil de pleine charge.
D'autre part, le déstockage d'hydrogène du réservoir 12 vers la pile 10 et simultanément une alimentation de l'équipement 4 et de l'unité 2 par la pile et
9 un chargement des batteries 31 par la pile 10 ne sont réalisés que dès que la puissance des batteries atteint un second seuil de puissance, tel qu'un seuil de décharge, inférieur au premier seuil et jusqu'à ce que les batteries chargées par la pile atteignent la puissance de pleine charge.
En dehors des conditions particulières définies ci-dessus, l'équipement 4 et l'unité 2 sont alimentés par la source 5 et/ou les batteries 31 tant que la puissance des batteries demeure comprise entre les deux seuls de puissance, sans recourir à l'énergie stockée dans le réservoir 12 et donc à l'énergie générée par la pile 10. Lorsque la puissance de la source intermittente 5 excède la puissance de fonctionnement de l'équipement 4 et les batteries 31 n'ont pas la puissance de pleine charge, la source intermittente alimente l'équipement 4 et l'unité de gestion 2 et charge les batteries 31 si nécessaire.
Lorsque la puissance de la source intermittente 5 est inférieure à la puissance de fonctionnement de l'équipement 4 et les batteries 31 ont une puissance supérieure au deuxième seuil de puissance, c'est-à-dire comprise entre le seuil de décharge et la puissance de pleine charge, au moins les batteries 31, c'est-à-dire soit les batteries 31 et la source intermittente 5, soit seulement les batteries 31 si la puissance de la source est nulle, alimentent l'équipement 4 et l'unité de gestion 2.
Afin d'accroître encore la longévité du système d'alimentation, les batteries 31 peuvent être au lithium-ion afin d'offrir une longévité de plusieurs années, avec un très grand nombre de cycle de charge-décharge des batteries.
En variante, plusieurs unités génératrices électrochimiques 1 gérées par l'unité de gestion 2 peuvent être connectées en parallèle. Le nombre d'unités dépend de la capacité des batteries et de la rapidité souhaitée de la recharge des batteries par les piles à hydrogène incluses dans les unités génératrices électrochimiques. En variante, un réservoir de stockage d'hydrogène, un condenseur, un réservoir-collecteur d'eau et un purificateur d'eau sont communs aux unités 1 comprenant chacune une pile à hydrogène individuelle
En dehors des conditions particulières définies ci-dessus, l'équipement 4 et l'unité 2 sont alimentés par la source 5 et/ou les batteries 31 tant que la puissance des batteries demeure comprise entre les deux seuls de puissance, sans recourir à l'énergie stockée dans le réservoir 12 et donc à l'énergie générée par la pile 10. Lorsque la puissance de la source intermittente 5 excède la puissance de fonctionnement de l'équipement 4 et les batteries 31 n'ont pas la puissance de pleine charge, la source intermittente alimente l'équipement 4 et l'unité de gestion 2 et charge les batteries 31 si nécessaire.
Lorsque la puissance de la source intermittente 5 est inférieure à la puissance de fonctionnement de l'équipement 4 et les batteries 31 ont une puissance supérieure au deuxième seuil de puissance, c'est-à-dire comprise entre le seuil de décharge et la puissance de pleine charge, au moins les batteries 31, c'est-à-dire soit les batteries 31 et la source intermittente 5, soit seulement les batteries 31 si la puissance de la source est nulle, alimentent l'équipement 4 et l'unité de gestion 2.
Afin d'accroître encore la longévité du système d'alimentation, les batteries 31 peuvent être au lithium-ion afin d'offrir une longévité de plusieurs années, avec un très grand nombre de cycle de charge-décharge des batteries.
En variante, plusieurs unités génératrices électrochimiques 1 gérées par l'unité de gestion 2 peuvent être connectées en parallèle. Le nombre d'unités dépend de la capacité des batteries et de la rapidité souhaitée de la recharge des batteries par les piles à hydrogène incluses dans les unités génératrices électrochimiques. En variante, un réservoir de stockage d'hydrogène, un condenseur, un réservoir-collecteur d'eau et un purificateur d'eau sont communs aux unités 1 comprenant chacune une pile à hydrogène individuelle
10 et un électrolyseur individuel 11.
Claims (9)
1 - Procédé pour déstocker de l'hydrogène stocké en un hydrure, qui comprend simultanément un transfert de chaleur d'un air chargé de vapeur d'eau (17E) à une réaction endothermique de l'hydrure en un alliage et en hydrogène et une condensation (E) de la vapeur d'eau en eau de condensation (13EC), caractérisé en ce qu'il comprend un forçage de l'air chargé de vapeur d'eau (17E) sur un échangeur thermique (13R) en contact avec l'hydrure.
2 - Procédé selon la revendication 1, comprenant une diminution de la température de l'air chargé de vapeur d'eau (17E) supérieure à la température de rosée de l'air au cours du transfert de chaleur.
3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, selon lequel l'air chargé de vapeur d'eau comprend pour partie de l'air chaud chargé de vapeur d'eau (17P) dégagé par une pile à hydrogène (10) recevant l'hydrogène déstocké.
4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant une électrolyse de l'eau de condensation (13EC) pour produire de l'hydrogène à
stocker sous forme d'hydrure.
- Unité génératrice électrochimique (1) comprenant une pile à
hydrogène (10) et un réservoir de stockage (12) apte à stocker de l'hydrogène en un hydrure pour déstocker de l'hydrogène vers la pile, ladite unité comprenant un moyen (13) apte à coopérer avec le réservoir de stockage (12) pour simultanément transférer de la chaleur d'un air chargé de vapeur d'eau (17E) à une réaction endothermique de l'hydrure en un alliage et en hydrogène et condenser de la vapeur d'eau en eau de condensation (13EC), caractérisée en ce que ledit moyen (13) apte à coopérer avec le réservoir de stockage d'hydrogène comprend un condenseur (13) pour condenser de la vapeur d'eau en eau de condensation (13EC), un échangeur thermique (13R) qui est apte à être en contact avec l'air chargé de vapeur d'eau (17E) dans le condenseur et avec l'hydrure dans le réservoir de stockage (12), et un moyen de convection (13V) dans le condenseur pour forcer l'air chargé de vapeur d'eau (17E) sur l'échangeur thermique (13R).
stocker sous forme d'hydrure.
- Unité génératrice électrochimique (1) comprenant une pile à
hydrogène (10) et un réservoir de stockage (12) apte à stocker de l'hydrogène en un hydrure pour déstocker de l'hydrogène vers la pile, ladite unité comprenant un moyen (13) apte à coopérer avec le réservoir de stockage (12) pour simultanément transférer de la chaleur d'un air chargé de vapeur d'eau (17E) à une réaction endothermique de l'hydrure en un alliage et en hydrogène et condenser de la vapeur d'eau en eau de condensation (13EC), caractérisée en ce que ledit moyen (13) apte à coopérer avec le réservoir de stockage d'hydrogène comprend un condenseur (13) pour condenser de la vapeur d'eau en eau de condensation (13EC), un échangeur thermique (13R) qui est apte à être en contact avec l'air chargé de vapeur d'eau (17E) dans le condenseur et avec l'hydrure dans le réservoir de stockage (12), et un moyen de convection (13V) dans le condenseur pour forcer l'air chargé de vapeur d'eau (17E) sur l'échangeur thermique (13R).
11
6 - Unité selon la revendication 5, comprenant un réservoir-collecteur d'eau (14) pour collecter l'eau de condensation (13EC), et un électrolyseur (11) apte à être alimenté électriquement pour produire de l'hydrogène à stocker en l'hydrure dans le réservoir de stockage (12) par électrolyse de l'eau de condensation collectée.
7 - Unité selon la revendication 6, comprenant un purificateur (15) pour purifier l'eau de condensation collectée en eau purifiée à fournir à
l'électrolyseur (11).
l'électrolyseur (11).
8 - Unité selon l'une des revendications 5 à 7, dans laquelle le moyen de convection (13V) dans le condenseur (13) est apte à forcer de l'air extérieur chargé de vapeur d'eau (17E) et de l'air chaud chargé de vapeur d'eau (17P) dégagé par la pile à hydrogène (10) sur l'échangeur thermique (13R).
9 - Unité selon l'une des revendications 5 à 8, dans laquelle la pile (10) est apte à alimenter un équipement électrique (4) et à charger des batteries (31) pendant le déstockage de l'hydrogène dès que la puissance des batteries est à un premier seuil de puissance et jusqu'à ce que les batteries chargées par la pile (10) atteignent un second seuil de puissance supérieur au premier seuil.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1152220A FR2972856B1 (fr) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | Destockage d'hydrogene dans une unite generatrice electrochimique comprenant une pile a hydrogene |
FR1152220 | 2011-03-17 | ||
PCT/EP2012/053828 WO2012123290A1 (fr) | 2011-03-17 | 2012-03-06 | Déstockage d'hydrogène dans une unité génératrice électrochimique comprenant une pile à hydrogène |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CA2830113A1 true CA2830113A1 (fr) | 2012-09-20 |
Family
ID=44021922
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CA2830113A Abandoned CA2830113A1 (fr) | 2011-03-17 | 2012-03-06 | Destockage d'hydrogene dans une unite generatrice electrochimique comprenant une pile a hydrogene |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9634343B2 (fr) |
EP (1) | EP2686901A1 (fr) |
JP (1) | JP2014509771A (fr) |
AU (1) | AU2012228513B2 (fr) |
BR (1) | BR112013023278A2 (fr) |
CA (1) | CA2830113A1 (fr) |
FR (1) | FR2972856B1 (fr) |
MX (1) | MX2013010408A (fr) |
RU (1) | RU2013143538A (fr) |
WO (1) | WO2012123290A1 (fr) |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104471156B (zh) * | 2013-05-08 | 2016-06-08 | 博美科泰株式会社 | 储水槽用电力生产装置和储水槽用储存结构体系统 |
DE102014207142A1 (de) * | 2014-04-14 | 2015-10-15 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
FR3033943B1 (fr) * | 2015-03-19 | 2017-03-31 | Electricite De France | Procede de gestion thermique d'un systeme pour la cogeneration d'electricite et de chaleur et systeme associe |
US10233903B2 (en) | 2015-10-16 | 2019-03-19 | Primo Wind, Inc. | Mobile renewable energy structures providing wireless networking and associated systems and methods |
FR3056230B1 (fr) * | 2016-09-19 | 2020-02-28 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Systeme d'electrolyse reversible de l'eau a haute temperature comportant un reservoir d'hydrures couple a l'electrolyseur |
US10749201B2 (en) * | 2017-01-11 | 2020-08-18 | Xergy Inc. | Regenerative fuel cell |
WO2019156700A1 (fr) * | 2018-02-09 | 2019-08-15 | Primo Wind, Inc. | Structures d'énergie renouvelable mobiles fournissant une mise en réseau sans fil, et systèmes et procédés associés |
US11011765B2 (en) * | 2019-03-14 | 2021-05-18 | Honeywell International Inc. | Fuel cell based power generator |
GB2582607B (en) * | 2019-03-27 | 2023-12-06 | H2Go Power Ltd | Power supply |
US11426708B2 (en) | 2020-03-02 | 2022-08-30 | King Abdullah University Of Science And Technology | Potassium-promoted red mud as a catalyst for forming hydrocarbons from carbon dioxide |
US11420915B2 (en) | 2020-06-11 | 2022-08-23 | Saudi Arabian Oil Company | Red mud as a catalyst for the isomerization of olefins |
US11495814B2 (en) | 2020-06-17 | 2022-11-08 | Saudi Arabian Oil Company | Utilizing black powder for electrolytes for flow batteries |
US11724943B2 (en) | 2021-01-04 | 2023-08-15 | Saudi Arabian Oil Company | Black powder catalyst for hydrogen production via dry reforming |
US11718522B2 (en) | 2021-01-04 | 2023-08-08 | Saudi Arabian Oil Company | Black powder catalyst for hydrogen production via bi-reforming |
US11427519B2 (en) | 2021-01-04 | 2022-08-30 | Saudi Arabian Oil Company | Acid modified red mud as a catalyst for olefin isomerization |
US11814289B2 (en) | 2021-01-04 | 2023-11-14 | Saudi Arabian Oil Company | Black powder catalyst for hydrogen production via steam reforming |
US11820658B2 (en) | 2021-01-04 | 2023-11-21 | Saudi Arabian Oil Company | Black powder catalyst for hydrogen production via autothermal reforming |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030207161A1 (en) * | 2002-05-01 | 2003-11-06 | Ali Rusta-Sallehy | Hydrogen production and water recovery system for a fuel cell |
-
2011
- 2011-03-17 FR FR1152220A patent/FR2972856B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2012
- 2012-03-06 EP EP12706872.4A patent/EP2686901A1/fr not_active Withdrawn
- 2012-03-06 WO PCT/EP2012/053828 patent/WO2012123290A1/fr active Application Filing
- 2012-03-06 BR BR112013023278A patent/BR112013023278A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2012-03-06 CA CA2830113A patent/CA2830113A1/fr not_active Abandoned
- 2012-03-06 US US14/005,587 patent/US9634343B2/en active Active
- 2012-03-06 MX MX2013010408A patent/MX2013010408A/es not_active Application Discontinuation
- 2012-03-06 AU AU2012228513A patent/AU2012228513B2/en not_active Ceased
- 2012-03-06 JP JP2013558362A patent/JP2014509771A/ja active Pending
- 2012-03-06 RU RU2013143538/07A patent/RU2013143538A/ru not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014509771A (ja) | 2014-04-21 |
EP2686901A1 (fr) | 2014-01-22 |
AU2012228513A1 (en) | 2013-10-24 |
FR2972856A1 (fr) | 2012-09-21 |
FR2972856B1 (fr) | 2014-08-15 |
WO2012123290A1 (fr) | 2012-09-20 |
RU2013143538A (ru) | 2015-04-27 |
US9634343B2 (en) | 2017-04-25 |
MX2013010408A (es) | 2013-12-02 |
BR112013023278A2 (pt) | 2016-12-20 |
AU2012228513B2 (en) | 2016-12-22 |
US20140017580A1 (en) | 2014-01-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2830113A1 (fr) | Destockage d'hydrogene dans une unite generatrice electrochimique comprenant une pile a hydrogene | |
EP2686934B1 (fr) | Système d'alimentation électrique hybride autonome d'un équipement électrique et unité et procédé de gestion du système | |
EP3502317B1 (fr) | Procede de fonctionnement en mode de demarrage ou en mode stand-by d'une unite power-to-gas comportant une pluralite de reacteurs d'electrolyse (soec) ou co-electrolyse a haute temprature | |
EP1776730B1 (fr) | Controle de l'humidification de la membrane polymere d'une pile a combustible | |
CA3037108A1 (fr) | Systeme d'electrolyse reversible de l'eau a haute temperature comportant un reservoir d'hydrures couple a l'electrolyseur | |
CA2797280C (fr) | Dispositif de stockage et de restitution d'energie electrique | |
US20040013923A1 (en) | System for storing and recoving energy and method for use thereof | |
EP2936601B1 (fr) | Système de production d'énergie électrique à pile à combustible | |
FR2968462A1 (fr) | Dispositif de production d'electricite par pile a combustible. | |
EP3499626A1 (fr) | Systeme reversible de stockage et destockage d'electricite comprenant un convertisseur electrochimique (sofc/soec) couple a un systeme de stockage/destockage d'air comprime (caes) | |
FR3037942A1 (fr) | Procede d’hydruration d’un compose intermetallique et dispositif d’hydruration. | |
FR3024291A1 (fr) | Systeme de production d'energie associant une pile a combustible et une batterie rechargeable et procedes mettant en œuvre un tel dispositif | |
EP4012875A1 (fr) | Système de gestion d'énergie pour la consommation ou la distribution d'énergie d'un habitat résidentiel | |
Thakker et al. | Recent advances in hybrid fuel cell based power systems | |
FR3126066A1 (fr) | Système de production autonome d’hydrogène et électricité à partir de gaz naturel et biogaz |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FZDE | Discontinued |
Effective date: 20160307 |