EP4624844A1 - Installation et procédé de production d'hydrogène liquéfié - Google Patents

Installation et procédé de production d'hydrogène liquéfié

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EP4624844A1
EP4624844A1 EP25162680.0A EP25162680A EP4624844A1 EP 4624844 A1 EP4624844 A1 EP 4624844A1 EP 25162680 A EP25162680 A EP 25162680A EP 4624844 A1 EP4624844 A1 EP 4624844A1
Authority
EP
European Patent Office
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liquefier
buffer storage
cycle
filling rate
installation
Prior art date
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Pending
Application number
EP25162680.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sosthene GRANDJEAN
Hugo PONTISSO
Vanessa TURMEL
Sébastien KOENING
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP4624844A1 publication Critical patent/EP4624844A1/fr
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    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/62—Details of storing a fluid in a tank

Definitions

  • the invention relates to a plant and a method for producing liquefied hydrogen.
  • the invention relates more particularly to a liquefied hydrogen production installation comprising a gaseous hydrogen generator, for example an electrolyzer, configured to produce gaseous hydrogen, a liquefier, a supply line connecting a gaseous hydrogen outlet of the gaseous hydrogen generator to an inlet of the liquefier, the liquefier comprising a cycle circuit refrigerator configured to provide cold power and cool the gaseous hydrogen from the supply line with a view to its liquefaction, the installation comprising a buffer storage configured to store the compressed gaseous hydrogen between the gaseous hydrogen generator and the liquefier.
  • a gaseous hydrogen generator for example an electrolyzer
  • the invention relates, for example, to the production of hydrogen with electrolysers powered electrically by renewable energy sources.
  • This type of installation can be connected downstream to a gas network, a liquefier, an ammonia or methanol production unit.
  • Control of these installations according to the electrical production capacities of the renewable energy source is essential. This control makes it possible, in particular, to reduce investments, which may be buffer storage or additional equipment to manage intermittency. Such control also makes it possible to improve production capacities by avoiding losses and to reduce production costs by limiting the use of the electricity network.
  • Liquefiers have a relatively limited ability to change their operating point (or "on”). That is, the cooling power and/or liquefaction capacity of the liquefier is difficult to modify.
  • An aim of the present invention is to overcome all or part of the drawbacks of the prior art noted above.
  • the liquefier is configured to provide a cold power and/or the liquefaction capacity modifiable between at least two levels
  • the installation comprising a member for determining the filling rate of the buffer storage, the installation being configured to modify the cold power and/or liquefaction capacity of the liquefier as a function of the filling rate of the buffer storage determined by the determining member.
  • the invention also relates to a method for producing liquefied hydrogen using an installation conforming to any one of the preceding or following characteristics comprising the following steps: determining the filling rate of the buffer storage, and regulating the cold power and/or liquefaction capacity as a function of the determined filling rate of the buffer storage.
  • Liquefied hydrogen production facility 1 shown in [ Fig. 1 ] comprises a hydrogen gas generator 2, for example an electrolyzer 2, configured to produce hydrogen gas, a liquefier 7 and a supply line 6 connecting a hydrogen gas outlet of the hydrogen gas generator 2 to an inlet of the liquefier 7.
  • the installation 1 comprises a buffer storage 9 configured to store the compressed hydrogen gas between the hydrogen gas generator 2 and the liquefier 7.
  • the buffer storage 9 is arranged in series between the hydrogen gas generator 2 and the liquefier 7.
  • the liquefier 7 is configured to provide cold power and/or liquefaction capacity that can be modified between at least two distinct levels (N1, N2).
  • the installation 1 comprises a member 3 for determining the filling rate of the buffer storage 9 and the installation 1 is configured to modify the cold power and/or liquefaction capacity of the liquefier 7 as a function of the filling rate of the buffer storage 9 determined by the determination member 3.
  • the member 3 for determining the filling rate of the buffer storage 9 is configured to determine the filling rate of the buffer storage 9 from among several predefined filling rates and the installation 1 is configured to establish the cold power and/or the liquefaction capacity of the liquefier 7 at determined levels corresponding respectively to the predefined filling rates of the buffer storage 9.
  • the member 3 for determining the filling rate of the buffer storage 9 may comprise, for example, a pressure sensor measuring the pressure in the buffer storage 9.
  • the pressure sensor 3 is for example configured to measure the pressure in the buffer storage 9 and/or in a pipe connected to an outlet of the buffer storage 9.
  • a filling rate can be determined based on the measured pressure value.
  • a filling rate of 0% can be defined for a minimum pressure upstream of a liquefier inlet valve (20 to 40 bar for example).
  • the installation can be configured to relatively decrease the cooling power and/or the liquefaction capacity of the liquefier 7 when the filling rate of the buffer storage 9 decreases.
  • the operation of the liquefier 7 can be fixed according to the filling rate of the buffer storage 9 (filling rate measured for example by its pressure) with fixed action levels not depending on the actual characteristics of liquefier production 7.
  • the filling rate of the buffer storage 9 filling rate measured for example by its pressure
  • all or part of the following configurations can be provided with for example the following actions on the liquefier.
  • the installation can be configured to limit the frequency or number of changes in the liquefier's operation, for example to avoid trips around an operating point.
  • the installation can be configured to modify the cold power and/or the liquefaction capacity liquefier 7 only after a determined time delay, for example between one and ten hours (following a change in the filling rate of the buffer storage 9).
  • the liquefier 7 comprises for example at least one refrigerator 8 with a cycle circuit 18 in which a cycle gas flow is subjected to a determined thermodynamic cycle comprising an expansion.
  • the installation 1 can be configured to modify the cooling power and/or liquefaction capacity of the liquefier 7 by modifying for example the flow rate and/or the quantity of cycle gas in the cycle circuit 18.
  • the installation may be configured to reduce the cooling power and/or liquefaction capacity of the liquefier 7 by reducing the flow rate and/or the quantity of cycle gas in the cycle circuit 18. This may be achieved, for example, via at least one of: a cycle gas discharge pipe to the supply pipe 6, a cycle gas discharge pipe to a discharge zone, a member for liquefying at least a portion of the cycle gas in the cycle circuit 18.
  • the installation can be configured to modify the cold power and/or liquefaction capacity of the liquefier 7 by modifying the compression pressure level 80 of the cycle gas in the cycle circuit 18.
  • the liquefier can comprise several independent refrigerators 8 with a cycle circuit 18 (i.e.
  • the installation 1 can be configured to modify the cold power and/or liquefaction capacity of the liquefier 7 by modifying in a differentiated manner the cold power and/or liquefaction capacity of the different refrigerators 8.
  • installation 1 can be designed, for example, to switch off the trains one after the other to maintain liquefaction capacity.
  • the trains (three for example) can each be set to a step of 25% of their maximum cold power.
  • a second train can be stopped and the remaining train can be set to a running of 25% of its maximum cold power.
  • FIG. 2 illustrates a variant with a buffer storage 9 connected in parallel with the liquefier 7.
  • a filling rate of 0% can be defined for a minimum pressure in the buffer storage 9 (20 to 40 bar for example).
  • a fraction of this cycle gas may be vented to the outside (venting for example).
  • the corresponding refrigerator may be controlled to change at least one pressure value (relatively low, medium or high) in the cycle.
  • the device for determining the filling rate of the buffer storage 9 may comprise a programmable electronic device 4 for storing and processing data comprising a microprocessor.
  • control (modification) of the operation of the refrigerator 8 as described above can be carried out by this programmable electronic data storage and processing unit 4 (and/or another unit of the same type).
  • the amount of hydrogen available can be calculated from the available electricity and the efficiency of the electrolyser and the compression of this hydrogen produced by the electrolyser.
  • the consumption of gaseous hydrogen by downstream user units can be estimated.
  • the amount of liquefied hydrogen consumed (and/or used for the production of ammonia or methanol) can be calculated based on a current load level.
  • the filling rate of the buffer storage 9 in a predefined future is higher than a maximum threshold (for example 100% or more)
  • a maximum threshold for example 100% or more
  • the cooling power and/or the liquefaction capacity of the liquefier 7 is increased (in advance).
  • a new prediction/simulation can be carried out with these new operating conditions.
  • the filling rate of the buffer storage 9 in a predefined future (for example 12 hours) is lower than a minimum threshold (for example 0%), the cold power and/or the liquefaction capacity of the liquefier 7 is reduced (in advance).
  • a minimum threshold for example 0%
  • Different cooling power and/or liquefaction capacity of the liquefier 7 can be predefined, for example 25%, 50%, 75% and 100%. Using such predefined load levels allows for quick and efficient changeover.
  • a specific time delay can be planned before restarting again, for example 24 hours.
  • Such a restart may be subject to at least one necessary precondition. For example, a minimal downtime (e.g., 6 hours) and a sufficient filling rate of the buffer storage (e.g., at least 25% for a future duration, e.g., 12 hours).
  • a minimal downtime e.g., 6 hours
  • a sufficient filling rate of the buffer storage e.g., at least 25% for a future duration, e.g., 12 hours.
  • high load operation of the liquefier (close to maximum power) is only permitted if the filling rate of the buffer storage 9 is sufficient (e.g. at least 90%).
  • the operation of the liquefier can be reduced (for example to 75%) as long as the filling rate does not rise again (for example above 95%).

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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

L'invention concerne une installation et un procédé de production d'hydrogène liquéfié comprenant un générateur (2) d'hydrogène gazeux, un liquéfacteur (7), une conduite (6) d'alimentation reliant une sortie du générateur (2) d'hydrogène gazeux à une entrée du liquéfacteur (7), le liquéfacteur (7) comprenant un réfrigérateur (8) à circuit (18) de cycle pour refroidir l'hydrogène gazeux de la conduite (6) d'alimentation, l'installation (1) comprenant un stockage (9) tampon configuré pour stocker l'hydrogène gazeux comprimé entre le générateur (2) d'hydrogène gazeux et le liquéfacteur (7), le liquéfacteur (7) étant configuré pour fournir une puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction modifiable entre au moins deux niveaux (N1, N2), l'installation (1) comprenant un organe (3) de détermination du taux de remplissage du stockage (9) tampon, l'installation (1) étant configurée pour modifier la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction du liquéfacteur (7) en fonction du taux de remplissage du stockage (9) tampon déterminé par l'organe (3) de détermination.

Description

  • L'invention concerne une installation et un procédé de production d'hydrogène liquéfié.
  • L'invention concerne plus particulièrement une installation de production d'hydrogène liquéfié comprenant un générateur d'hydrogène gazeux, par exemple un électrolyseur, configuré pour produire de l'hydrogène gazeux, un liquéfacteur, une conduite d'alimentation reliant une sortie d'hydrogène gazeux du générateur d'hydrogène gazeux à une entrée du liquéfacteur, le liquéfacteur comprenant un réfrigérateur à circuit de cycle configuré pour fournir de la puissance froide et refroidir l'hydrogène gazeux de la conduite d'alimentation en vue de sa liquéfaction, l'installation comprenant un stockage tampon configuré pour stocker l'hydrogène gazeux comprimé entre le générateur d'hydrogène gazeux et le liquéfacteur.
  • L'invention concerne par exemple la production d'hydrogène avec des électrolyseurs alimentés électriquement par des sources d'énergie renouvelables. Ce type d'installation peut être reliée en aval à un réseau gaz, à un liquéfacteur, à une unité production d'ammoniaque ou de méthanol. Le contrôle de ces installations en fonction des capacités de production électriques de la source d'énergie renouvelable est indispensable. Ce contrôle permet en particulier de réduire les investissements qui peuvent être des stockages tampon ou des équipements supplémentaires pour gérer l'intermittence. Un tel contrôle permet en outre d'améliorer les capacités de production en évitant les pertes et de réduire les coûts de production en limitant l'usage du réseau électrique.
  • Les liquéfacteurs ont une capacité à changer point de fonctionnement (ou « marche ») relativement limitée. C'est-à-dire la puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction du liquéfacteur est difficilement modifiable.
  • Une solution pour faire face aux fluctuations des sources d'énergie intermittentes (et donc de la production d'hydrogène à liquéfier) consiste donc à prévoir des stockages tampon d'hydrogène gazeux pour permettre d'alimenter le circuit d'alimentation du liquéfacteur.
  • Ces stockages tampon peuvent être disposés en série entre l'électrolyseur et le liquéfacteur et/ou peuvent être reliés en parallèle avec le liquéfacteur à la sortie de l'électrolyseur. Les solutions de contrôle de ces installations sont insatisfaisantes.
  • Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.
  • A cette fin, le selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que le liquéfacteur est configuré pour fournir une puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction modifiable entre au moins deux niveaux, l'installation comprenant un organe de détermination du taux de remplissage du stockage tampon, l'installation étant configurée pour modifier la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction du liquéfacteur en fonction du taux de remplissage du stockage tampon déterminé par l'organe de détermination.
  • Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
    • l'organe de détermination du taux de remplissage du stockage tampon est configuré pour déterminer le taux de remplissage du stockage tampon parmi plusieurs taux de remplissage prédéfinis, l'installation étant configurée pour établir la puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction liquéfacteur à des niveaux déterminés correspondants respectivement aux taux de remplissage du stockage tampon prédéfinis,
    • l'installation est configurée pour diminuer relativement la puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction du liquéfacteur lorsque le taux de remplissage du stockage tampon diminue,
    • l'installation est configurée pour augmenter relativement la puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction du liquéfacteur lorsque le taux de remplissage du stockage tampon augmente,
    • l'installation est configurée pour modifier la puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction liquéfacteur en fonction du taux de remplissage du stockage tampon déterminé par l'organe de détermination après une temporisation déterminée, par exemple comprise entre une ou dix heures,
    • l'organe de détermination du taux de remplissage du stockage tampon comprend un capteur de pression,
    • le capteur de pression est configuré pour mesurer la pression dans le stockage tampon et/ou dans une conduite reliée à une sortie du stockage tampon,
    • le liquéfacteur comprend un réfrigérateur à circuit de cycle dans lequel un débit de gaz de cycle est soumis à une cycle thermodynamique déterminé, l'installation étant configurée pour modifier la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction du liquéfacteur en modifiant le débit et/ou la quantité de gaz de cycle dans le circuit de cycle,
    • l'installation est configurée pour diminuer la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction liquéfacteur en diminuant le débit et/ou la quantité de gaz de cycle dans le circuit de cycle via au moins parmi : une conduite d'évacuation de gaz de cycle vers la conduite d'alimentation, une conduite d'évacuation de gaz de cycle vers une zone de décharge, un organe de liquéfaction d'au moins une partie du gaz de cycle dans le circuit de cycle,
    • le liquéfacteur comprend un réfrigérateur à circuit de cycle dans lequel un débit de gaz de cycle est soumis à une cycle thermodynamique déterminé comprenant une compression et une détente, l'installation étant configurée pour modifier la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction liquéfacteur en modifiant le niveau de pression de compression du gaz de cycle dans le circuit de cycle,
    • le liquéfacteur comprend plusieurs réfrigérateurs à circuit de cycle indépendants configurés chacun pour fournir de la puissance froide respective pour refroidir l'hydrogène gazeux de la conduite d'alimentation en vue de sa liquéfaction et en ce que l'installation est configurée pour modifier la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction du liquéfacteur en modifiant de façon différenciée la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction des différents réfrigérateurs,
    • l'organe de détermination du taux de remplissage du stockage tampon comprend un organe électronique programmable de stockage et de traitement de données comprenant un microprocesseur, l'organe de détermination du taux de remplissage étant configuré pour recevoir des données de fonctionnement du générateur d'hydrogène gazeux et pour et/ou des données de consommation d'hydrogène liquide produit par le liquéfacteur et pour prédire, à partir de ces données, un taux de remplissage futur du stockage tampon dans un intervalle de temps futur, par exemple entre une et vingt-quatre heures, l'installation étant configurée pour modifier la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction du liquéfacteur en fonction du taux de remplissage futur du stockage tampon déterminé par l'organe de détermination,
    • le générateur d'hydrogène gazeux comprend une alimentation électrique intermittente fournie par une source d'énergie renouvelable, par exemple solaire, l'organe de détermination du taux de remplissage étant configuré pour recevoir des données de prévision météorologiques et pour prédire, à partir de ces données également, le taux de remplissage futur du stockage tampon.
  • L'invention concerne également un procédé de production d'hydrogène liquéfié utilisant une installation conforme à l'une quelconque des caractéristiques précédentes ou suivantes comprenant les étapes suivantes : détermination du taux de remplissage du stockage tampon, et régulation de la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction liquéfacteur en fonction du taux de remplissage du stockage tampon déterminé.
  • Selon d'autres particularités possibles :
    • la détermination du taux de remplissage du stockage tampon est mesurée, par exemple via une mesure de pression et/ou estimée et/ou prédite à partir de données de fonctionnement de l'installation parmi : la capacité de production d'hydrogène par générateur d'hydrogène gazeux, un historique de la capacité de production d'hydrogène par générateur d'hydrogène gazeux, des données météorologiques, la consommation courante où future d'hydrogène liquide produit par le liquéfacteur,
    • l'étape de régulation de la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction liquéfacteur comprend une modification de la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction liquéfacteur qui est réalisée en réponse un changement du taux de remplissage du stockage tampon, la modification de la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction étant réalisée de façon concomitante et/ou anticipée et/ou postérieure au changement du taux de remplissage du stockage tampon déterminé,
    • le liquéfacteur comprend un réfrigérateur à circuit de cycle dans lequel un débit de gaz de cycle est soumis à une cycle thermodynamique déterminé, l'étape de régulation de la puissance froide et/ou de la capacité de liquéfaction du liquéfacteur comprenant au moins l'un parmi : une modification du débit et/ou la quantité de gaz de cycle dans le circuit de cycle, par exemple une décharge de gaz de cycle en dehors du circuit de cycle, une diminution de la quantité de gaz dans le circuit de cycle par liquéfaction partielle du gaz de cycle dans un pot séparateur, une modification de la pression de compression du gaz de cycle dans le circuit de cycle,
    • le procédé comprend une étape de de mise à l'arrêt de l'installation dans laquelle le liquéfacteur est mis à l'arrêt, suivit d'une étape de redémarrage de l'installation et du liquéfacteur, le procédé comprenant, après redémarrage et avant une étape de régulation de la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction liquéfacteur, une temporisation déterminée, par exemple comprise entre deux et douze heures, et/ou une temporisation tant que le taux de remplissage du stockage tampon n'atteint pas un seuil déterminé.
  • L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications.
  • D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
    • Brève description des figures
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
    • [Fig. 1] est une vue schématique et partielle illustrant la structure et le fonctionnement d'un premier exemple de réalisation de l'invention,
    • [Fig. 2] est une vue schématique et partielle illustrant la structure et le fonctionnement d'un deuxième exemple de réalisation de l'invention.
    Description détaillée
  • Sur toutes les figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments.
  • Dans cette description détaillée, les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, cela ne signifie pas que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d'autres réalisations.
  • L'installation 1 de production d'hydrogène liquéfié illustrée à la [Fig. 1] comprend un générateur 2 d'hydrogène gazeux, par exemple un électrolyseur 2, configuré pour produire de l'hydrogène gazeux, un liquéfacteur 7 et une conduite 6 d'alimentation reliant une sortie d'hydrogène gazeux du générateur 2 d'hydrogène gazeux à une entrée du liquéfacteur 7. L'installation 1 comprend un stockage 9 tampon configuré pour stocker l'hydrogène gazeux comprimé entre le générateur 2 d'hydrogène gazeux et le liquéfacteur 7. Dans cet exemple, le stockage 9 tampon est disposé en série entre le générateur 2 d'hydrogène gazeux et le liquéfacteur 7.
  • Comme illustré, l'installation 1 peut comprendre au moins un compresseur 10 de l'hydrogène gazeux produit par le générateur 2 d'hydrogène gazeux en vue de remplir le stockage 9 tampon.
  • Le liquéfacteur 7 comprenant un réfrigérateur 8 à circuit 18 de cycle configuré pour fournir de la puissance froide et refroidir l'hydrogène gazeux de la conduite 6 d'alimentation en vue de sa liquéfaction.
  • Le liquéfacteur 7 est configuré pour fournir une puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction modifiable entre au moins deux niveaux (N1, N2) distincts.
  • L'installation 1 comprend un organe 3 de détermination du taux de remplissage du stockage 9 tampon et l'installation 1 est configurée pour modifier la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction du liquéfacteur 7 en fonction du taux de remplissage du stockage 9 tampon déterminé par l'organe 3 de détermination.
  • Par exemple, l'organe 3 de détermination du taux de remplissage du stockage 9 tampon est configuré pour déterminer le taux de remplissage du stockage 9 tampon parmi plusieurs taux de remplissage prédéfinis et l'installation 1 est configurée établir la puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction liquéfacteur 7 à des niveaux déterminés correspondants respectivement aux taux de remplissage du stockage 9 tampon prédéfinis.
  • L'organe 3 de détermination du taux de remplissage du stockage 9 tampon peut comprendre par exemple un capteur de pression mesurant la pression dans le stockage 9 tampon.
  • Le capteur de pression 3 est par exemple configuré pour mesurer la pression dans le stockage 9 tampon et/ou dans une conduite reliée à une sortie du stockage 9 tampon.
  • Un taux de remplissage peut être déterminé en fonction de la valeur de pression mesurée.
  • Par exemple, un taux de remplissage de 0% peut être défini pour une pression minimale en amont d'une vanne d'entrée du liquéfacteur (20 à 40 bar par exemple).
  • Un taux de remplissage de 100% peut être défini pour une pression maximale en amont d'une vanne d'entrée du liquéfacteur (40 à 100 bar par exemple) .
  • Ainsi, par exemple, l'installation peut être configurée pour diminuer relativement la puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction du liquéfacteur 7 lorsque le taux de remplissage du stockage 9 tampon diminue.
  • De même, l'installation peut être configurée pour augmenter relativement la puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction du liquéfacteur 7 lorsque le taux de remplissage du stockage 9 tampon augmente.
  • Ainsi, la marche du liquéfacteur 7 peut être fixée en fonction du taux de remplissage du stockage 9 tampon (taux de remplissage mesuré par exemple par sa pression) avec des niveaux d'actions fixes ne dépendant pas des caractéristiques réelles de production du liquéfacteur 7. Par exemple, tout ou partie des configurations suivantes peuvent être prévues avec par exemple les actions suivantes sur le liquéfacteur.
  • Si le taux de remplissage du ou des stockages tampon 9 est de 70% ou plus, la marche du liquéfacteur 7 peut être fixée à 100%. Si le taux de remplissage du ou des stockages tampon 9 est de 50% ou plus, la marche du liquéfacteur 7 peut être fixée à 75%. Si le taux de remplissage du ou des stockages tampon 9 est de 35% ou plus, la marche du liquéfacteur 7 peut être fixée à 50%. Si le taux de remplissage du ou des stockages tampon 9 est de 10% ou plus, la marche du liquéfacteur 7 peut être fixée à 25%. Si le taux de remplissage du ou des stockages tampon 9 est de 2% ou moins, la marche du liquéfacteur 7 peut être fixée à 0%.
  • L'installation peut être configurée pour limiter la fréquence ou le nombre de changements de marche du liquéfacteur, par exemple pour éviter les allers retours autour d'un point de fonctionnement.
  • Par exemple, l'installation peut être configurée pour modifier la puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction liquéfacteur 7 qu'après une temporisation déterminée, par exemple comprise entre une ou dix heures (suite à un changement de taux de remplissage du stockage 9 tampon).
  • Par exemple, une temporisation minimale de six heures peut être prévue entre deux changements.
  • De même, en cas de démarrage de l'installation 1 (démarrage et mise en froid du liquéfacteur 7), une telle mise en marche peut n'être possible qu'après une temporisation de 6 heures et si le taux de remplissage du stockage 9 tampon est supérieure ou égal à un seuil, par exemple 50%.
  • Le liquéfacteur 7 comprend par exemple au moins un réfrigérateur 8 à circuit 18 de cycle dans lequel un débit de gaz de cycle est soumis à une cycle thermodynamique déterminé comprenant une détente. L'installation 1 peut être configurée pour modifier la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction du liquéfacteur 7 en modifiant par exemple le débit et/ou la quantité de gaz de cycle dans le circuit 18 de cycle.
  • Par exemple l'installation peut être configurée pour diminuer la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction liquéfacteur 7 en diminuant le débit et/ou la quantité de gaz de cycle dans le circuit 18 de cycle. Ceci peut être réalisé par exemple via un au moins parmi : une conduite d'évacuation de gaz de cycle vers la conduite 6 d'alimentation, une conduite d'évacuation de gaz de cycle vers une zone de décharge, un organe de liquéfaction d'au moins une partie du gaz de cycle dans le circuit 18 de cycle.
  • Dans le cas où le liquéfacteur 7 comprend un réfrigérateur 8 à circuit 18 de cycle dans lequel un débit de gaz de cycle est soumis à une cycle thermodynamique déterminé comprenant une compression 80 et une détente, l'installation peut être configurée pour modifier la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction liquéfacteur 7 en modifiant le niveau de pression de compression 80 du gaz de cycle dans le circuit 18 de cycle. De même, le liquéfacteur peut comprendre plusieurs réfrigérateurs 8 à circuit 18 de cycle indépendants (c'est-à-dire plusieurs « trains » en parallèle) configurés chacun pour fournir de la puissance froide respective pour refroidir l'hydrogène gazeux de la conduite 6 d'alimentation en vue de sa liquéfaction ; Dans ce cas, l'installation 1 peut être configurée pour modifier la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction du liquéfacteur 7 en modifiant de façon différenciée la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction des différents réfrigérateurs 8.
  • Ainsi, par exemple, dans le cas d'un liquéfacteur avec plusieurs trains de de réfrigérateurs en parallèle (trois trains par exemple), l'installation peut être configurée pour modifier le contrôle de la marche de l'un ou de plusieurs trains, par exemple en descendant par exemple à 25% la puissance si le taux de remplissage du stockage tampon passe en dessous de 20%.
  • Pour diminuer la marche, l'installation 1 peut être prévue par exemple pour éteindre les trains au fur et à mesure les uns après les autres pour conserver une capacité de liquéfaction.
  • Par exemple, si le taux de remplissage du stockage 9 tampon descend en dessous d'un premier seuil (par exemple 15%), les trains (trois par exemple) peuvent être réglés chacun à une marche de 25% de leur puissance froide maximale.
  • De même, si le taux de remplissage du stockage 9 tampon descend en dessous d'un deuxième seuil (par exemple 10%), un train peut être arrêté et les autres trains (deux par exemple) peuvent être réglés chacun à une marche de 25% de leur puissance froide maximale.
  • De même, si le taux de remplissage du stockage 9 tampon descend en dessous d'un troisième seuil (par exemple 2%), un deuxième train peut être arrêté et le train restant peut être réglé à une marche de 25% de sa puissance froide maximale.
  • Un redémarrage progressif de l'installation peut être fait à l'inverse en mettant en marche de façon graduelle les trains de liquéfaction.
  • La [Fig. 2] illustre une variante avec un stockage tampon 9 raccordé en parallèle du liquéfacteur 7.
  • Par exemple, un taux de remplissage de 0% peut être défini pour une pression minimale en dans le stockage 9 tampon (20 à 40 bar par exemple).
  • Un taux de remplissage de 100% peut être défini pour une pression maximale dans le stockage 9 tampon (40 à 250 bar par exemple) .Des cas de fonctionnement peuvent être prédéfinis (50%, 75%, 100% de taux de remplissage ou de marche par exemple). Ceci permet de modifier automatiquement les valeurs de contrôle de l'installation 1 pour atteindre une opération efficace.
  • Par exemple, la diminution de la puissance froide produite par le liquéfacteur (marche) peut être contrôlée avec les mesures ci-dessous, de préférence prise isolément ou en combinaison ou séquentiellement dans cet ordre :
    • diminution du débit de gaz de cycle dans le cycle du ou des réfrigérateurs,
    • diminution de la quantité de fluide de cycle dans le circuit de cycle pour réduire la pression haute dans le circuit de cycle (tout en maintenant la pression basse après détente).
  • Par exemple, dans le cas d'un gaz de cycle constitué ou comprenant de l'hydrogène, une fraction de ce gaz de cycle peut être transféré dans le circuit 6 d'alimentation.
  • Dans le cas d'un gaz de cycle constitué ou comprenant de l'azote (réfrigérateur à cycle azote), une fraction de ce gaz de cycle peut être évacué vers l'extérieur (mise à l'air par exemple). Dans le cas d'une modification de la pression au sein du cycle du réfrigérateur, dans le cas par exemple d'un cycle azote et/ou un cycle hydrogène, le réfrigérateur correspondant peut être contrôlé pour modifier au moins une valeur de pression (relativement basse, moyenne ou haute) dans le cycle.
  • Par exemple, l'organe de détermination du taux de remplissage du stockage 9 tampon peut comprend un organe 4 électronique programmable de stockage et de traitement de données comprenant un microprocesseur.
  • De même le contrôle (modification) de la marche du réfrigérateur 8 tel que décrit ci-dessus peut être réalisé par cet organe 4 électronique programmable de stockage et de traitement de données (et/ou un autre organe du même type).
  • Par exemple, un tel organe électronique peut mettre en œuvre les actions de pilotage de l'installation 1 décrites ci-dessus. L'organe 3 de détermination du taux de remplissage peut être configuré pour recevoir des données de fonctionnement du générateur 2 d'hydrogène gazeux et pour et/ou des données de consommation d'hydrogène liquide produit par le liquéfacteur 7 et pour prédire, à partir de ces données, un taux de remplissage futur du stockage 9 tampon dans un intervalle de temps futur, par exemple entre une et vingt-quatre heures. L'installation 1 peut être configurée pour modifier la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction du liquéfacteur 7 en fonction du taux de remplissage futur du stockage 9 tampon déterminé par l'organe 3 de détermination.
  • Selon cette approche prédictive, la marche du liquéfacteur 7 peut être fixée en fonction du taux de remplissage du stockage 9 tampon dans un futur déterminé, par exemple dans 12h. L'état de remplissage du stockage tampon 9 peut être calculé par exemple en se basant sur la production d'hydrogène par l'électrolyseur dans les 12h à venir en estimant la production à venir grâce différents paramètres, par exemple, la météo ou tout autre méthode de prévision et/ou historique.
  • La quantité d'hydrogène disponible peut être calculée à partir de l'électricité disponible et de l'efficacité de l'électrolyseur et de la compression de cet hydrogène produit par l'électrolyseur.
  • De même, la consommation d'hydrogène gazeux par les unités utilisatrices en aval peut être estimée. Par exemple la quantité d'hydrogène liquéfié consommé (et/ou utilisé pour la production d'ammoniac ou de méthanol) peut être calculée en fonction d'un niveau de charge actuel.
  • L'installation 1 peut par exemple être pilotée de la façon suivante.
  • Si le taux de remplissage du stockage tampon 9 dans un future prédéfini (par exemple 12h) est supérieur à un seuil maximal (par exemple 100% ou plus), la puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction du liquéfacteur 7 est augmentée (par avance). Une nouvelle prédiction/simulation peut être réalisée avec ces nouvelles conditions opératoires.
  • En revanche, si le taux de remplissage du stockage tampon 9 dans un future prédéfini (par exemple 12h) est inférieur à un seuil minimal (par exemple 0%), la puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction du liquéfacteur 7 est diminuée (par avance). Une nouvelle prédiction/simulation peut être réalisée avec ces nouvelles conditions opératoires.
  • Dans d'autres cas, le taux de remplissage du stockage tampon 9 dans un future prédéfini (par exemple 12h) est dans une gamme acceptable (par exemple 5-80% par exemple), la puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction du liquéfacteur 7 courante est inchangée.
  • Différents de puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction du liquéfacteur 7 peuvent être prédéfinis par exemple 25%, 50%, 75% et 100%. Utiliser de tels niveaux de charges prédéfinis permet un changement de marche rapide et efficace.
  • De même, un temps d'arrêt minimal de l'installation 1 peut être prévu pour éviter les arrêt/redémarrage et limiter l'impact sur les équipements critiques.
  • Par exemple, après arrêt de liquéfacteur notamment, une temporisation déterminée peut être prévue avant un nouveau redémarrage, par exemple 24h.
  • De plus, un tel redémarrage peut être soumis à au moins une condition nécessaire préalable. Par exemple, un temps d'arrêt minimal (par exemple 6h) et un taux de remplissage suffisant du stockage 9 tampon (par exemple au moins 25% pour une durée future, par exemple 12h).
  • Il peut être prévu en plus la condition suivante ; la production d'hydrogène future par la source 2 est d'au moins une fraction (par exemple 50%) de la quantité d'hydrogène requise pour faire fonctionner l'installation 1 (par exemple de puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction du liquéfacteur 7 à un niveau déterminé, par exemple 25% pendant une durée future déterminée, par exemple 16h ou 6h). L'installation 1 peut fonctionner également selon un mode de fonctionnement mixte ou hybride. C'est-à-dire qu'une prédiction de production d'hydrogène gazeux peut être utilisée pour contrôler l'installation (la marche du liquéfacteur) mais les paramètres de fonctionnement sont réévalués et modifiés si besoin sur la bases de données réelles de remplissage du stockage tampon 9. Ceci permet de limiter les périodes d'arrêt. Par exemple, une prédiction de production d'hydrogène pour 6h peut être faite pour calculer l'hydrogène disponible et l'ajouter à la quantité. Une réserve de sécurité (par exemple 10% du taux de remplissage maximal) peut être soustraite la quantité disponible dans le stockage 9 tampon.
  • La valeur moyenne obtenue de la quantité d'hydrogène disponible détermine la nouvelle marche du liquéfacteur (par exemple parmi 25%,50%,75%,100%). De préférence le changement de marche est réalisé après une temporisation (par exemple 6h). L'invention permet une adaptation efficace de l'installation pour faire face aux fluctuations des sources d'énergie intermittentes (et donc de la production d'hydrogène à liquéfier).
  • De préférence, un fonctionnement à charge élevée du liquéfacteur (proche de la puissance maximale) n'est permis que si le taux de remplissage du stockage 9 tampon est suffisant (par exemple au moins 90%).
  • Partant d'une puissance élevée ou maximale, si le taux de remplissage du stockage 9 tampon descend en-dessous d'un niveau (par exemple 50%), la marche du liquéfacteur peut être réduite (par exemple à 75%) tant que le taux de remplissage ne remonte pas (par exemple au-dessus de 95%).
  • Si l'installation 1 fonctionne à charge réduite (par exemple minimum) et que le taux de remplissage est inférieur à un niveau nécessaire pour assurer une durée déterminée d'autonomie en hydrogène (par exemple une heure), l'installation peut être mise à l'arrêt.
  • Un redémarrage n'est possible par exemple que si les conditions suivantes sont respectées : le taux de remplissage est suffisant pour un fonctionnement d'une durée déterminée (par exemple 12h) à une marche déterminée (minimale ou réduite par exemple) et la quantité d'hydrogène produite par la source 2 prédite pour les temps à venir (prochaines 6h par exemple) est supérieure (par exemple de 50%) à la quantité nécessaire pour ce fonctionnement à marche réduite.
  • Un exemple de fonctionnement peut comprendre les étapes suivantes :
    • estimation de la production d'hydrogène dans les heures suivantes (par exemple 12h), cette estimation peut être basée sur des données météorologiques et un état ou historique de production d'électricité produite par une ou plusieurs sources d'énergie renouvelables
    • mesure ou calcul du taux de remplissage du stockage 9 tampon.

Claims (17)

  1. Installation de production d'hydrogène liquéfié comprenant un générateur (2) d'hydrogène gazeux, par exemple un électrolyseur (2), configuré pour produire de l'hydrogène gazeux, un liquéfacteur (7), une conduite (6) d'alimentation reliant une sortie d'hydrogène gazeux du générateur (2) d'hydrogène gazeux à une entrée du liquéfacteur (7), le liquéfacteur (7) comprenant un réfrigérateur (8) à circuit (18) de cycle configuré pour fournir de la puissance froide et refroidir l'hydrogène gazeux de la conduite (6) d'alimentation en vue de sa liquéfaction, l'installation (1) comprenant un stockage (9) tampon configuré pour stocker l'hydrogène gazeux comprimé entre le générateur (2) d'hydrogène gazeux et le liquéfacteur (7), le liquéfacteur (7) étant configuré pour fournir une puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction modifiable entre au moins deux niveaux (N1, N2), l'installation (1) comprenant un organe (3) de détermination du taux de remplissage du stockage (9) tampon, l'installation (1) étant configurée pour modifier la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction du liquéfacteur (7) en fonction du taux de remplissage du stockage (9) tampon déterminé par l'organe (3) de détermination, l'installation étant caractérisée en ce qu'elle est configurée pour modifier la puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction liquéfacteur (7) en fonction du taux de remplissage du stockage (9) tampon déterminé par l'organe (3) de détermination après une temporisation déterminée, par exemple comprise entre une ou dix heures.
  2. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'organe (3) de détermination du taux de remplissage du stockage (9) tampon est configuré pour déterminer le taux de remplissage du stockage (9) tampon parmi plusieurs taux de remplissage prédéfinis et en ce que l'installation (1) est configurée pour établir la puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction liquéfacteur (7) à des niveaux déterminés correspondants respectivement aux taux de remplissage du stockage (9) tampon prédéfinis.
  3. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'installation (1) est configurée pour diminuer relativement la puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction du liquéfacteur (7) lorsque le taux de remplissage du stockage (9) tampon diminue.
  4. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'installation (1) est configurée pour augmenter relativement la puissance froide et/ou la capacité de liquéfaction du liquéfacteur (7) lorsque le taux de remplissage du stockage (9) tampon augmente.
  5. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'organe (3) de détermination du taux de remplissage du stockage (9) tampon comprend un capteur de pression.
  6. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le capteur de pression (3) est configuré pour mesurer la pression dans le stockage (9) tampon et/ou dans une conduite reliée à une sortie du stockage (9) tampon.
  7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le liquéfacteur (7) comprend un réfrigérateur (8) à circuit (18) de cycle dans lequel un débit de gaz de cycle est soumis à une cycle thermodynamique déterminé, l'installation (1) étant configurée pour modifier la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction du liquéfacteur (7) en modifiant le débit et/ou la quantité de gaz de cycle dans le circuit (18) de cycle.
  8. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle est configurée pour diminuer la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction liquéfacteur (7) en diminuant le débit et/ou la quantité de gaz de cycle dans le circuit (18) de cycle via au moins parmi : une conduite d'évacuation de gaz de cycle vers la conduite (6) d'alimentation, une conduite d'évacuation de gaz de cycle vers une zone de décharge, un organe de liquéfaction d'au moins une partie du gaz de cycle dans le circuit (18) de cycle.
  9. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le liquéfacteur (7) comprend un réfrigérateur (8) à circuit (18) de cycle dans lequel un débit de gaz de cycle est soumis à une cycle thermodynamique déterminé comprenant une compression (80) et une détente, l'installation (1) étant configurée pour modifier la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction liquéfacteur (7) en modifiant le niveau de pression de compression (80) du gaz de cycle dans le circuit (18) de cycle.
  10. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le liquéfacteur comprend plusieurs réfrigérateurs (8) à circuit (18) de cycle indépendants configurés chacun pour fournir de la puissance froide respective pour refroidir l'hydrogène gazeux de la conduite (6) d'alimentation en vue de sa liquéfaction et en ce que l'installation (1) est configurée pour modifier la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction du liquéfacteur (7) en modifiant de façon différenciée la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction des différents réfrigérateurs (8).
  11. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'organe (3) de détermination du taux de remplissage du stockage (9) tampon comprend un organe (4) électronique programmable de stockage et de traitement de données comprenant un microprocesseur, l'organe (3) de détermination du taux de remplissage étant configuré pour recevoir des données de fonctionnement du générateur (2) d'hydrogène gazeux et pour et/ou des données de consommation d'hydrogène liquide produit par le liquéfacteur (7) et pour prédire, à partir de ces données, un taux de remplissage futur du stockage (9) tampon dans un intervalle de temps futur, par exemple entre une et vingt-quatre heures, l'installation (1) étant configurée pour modifier la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction du liquéfacteur (7) en fonction du taux de remplissage futur du stockage (9) tampon déterminé par l'organe (3) de détermination.
  12. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le générateur (2) d'hydrogène gazeux comprend une alimentation électrique intermittente fournie par une source d'énergie renouvelable, par exemple solaire, et en ce que l'organe (3) de détermination du taux de remplissage est configuré pour recevoir des données de prévision météorologiques et pour prédire, à partir de ces données également, le taux de remplissage futur du stockage (9) tampon.
  13. Procédé de production d'hydrogène liquéfié utilisant une installation conforme à l'une quelconque des revendications précédentes comprenant les étapes suivantes : - détermination du taux de remplissage du stockage (9) tampon,
    - régulation de la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction liquéfacteur (7) en fonction du taux de remplissage du stockage (9) tampon déterminé.
  14. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la détermination du taux de remplissage du stockage (9) tampon est mesurée, par exemple via une mesure de pression et/ou estimée et/ou prédite à partir de données de fonctionnement de l'installation parmi : la capacité de production d'hydrogène par générateur (2) d'hydrogène gazeux, un historique de la capacité de production d'hydrogène par générateur (2) d'hydrogène gazeux, des données météorologiques, la consommation courante où future d'hydrogène liquide produit par le liquéfacteur (7).
  15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que l'étape de régulation de la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction liquéfacteur (7) comprend une modification de la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction liquéfacteur (7) qui est réalisée en réponse un changement du taux de remplissage du stockage (9) tampon, la modification de la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction étant réalisée de façon concomitante et/ou anticipée et/ou postérieure au changement du taux de remplissage du stockage (9) tampon déterminé.
  16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que le liquéfacteur (7) comprend un réfrigérateur (8) à circuit (18) de cycle dans lequel un débit de gaz de cycle est soumis à une cycle thermodynamique déterminé, l'étape de régulation de la puissance froide et/ou de la capacité de liquéfaction du liquéfacteur (7) comprenant au moins l'un parmi : une modification du débit et/ou la quantité de gaz de cycle dans le circuit (18) de cycle, par exemple une décharge de gaz de cycle en dehors du circuit (18) de cycle, une diminution de la quantité de gaz dans le circuit (18) de cycle par liquéfaction partielle du gaz de cycle dans un pot séparateur, une modification de la pression de compression (80) du gaz de cycle dans le circuit (18) de cycle.
  17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, comprenant une étape de de mise à l'arrêt de l'installation dans laquelle le liquéfacteur (7) est mis à l'arrêt, suivit d'une étape de redémarrage de l'installation (1) et du liquéfacteur (7), le procédé comprenant, après redémarrage et avant une étape de régulation de la puissance froide et/ou capacité de liquéfaction liquéfacteur (7), une temporisation déterminée, par exemple comprise entre deux et douze heures, et/ou une temporisation tant que le taux de remplissage du stockage (9) tampon n'atteint pas un seuil déterminé.
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