Efficacité énergétique et économie Témoignage sur un procédé de production massive...
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Journée I-tésé du 3 Juin 2010
Efficacité énergétique et économie
Témoignage sur un procédé de production massive d’hydrogène
Alain Le Duigou Christine Mansilla
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Journée I-tésé du 3 Juin 2010
Cycles hybridesThermochimie + électrolyse tension < électrolyse
alcaline
→ Electrolyse alcaline / Rendement ~ 30%(/électricité ~ 75-80%, rendement EPR ~1/3)
Faire mieux que les procédés actuels
L’hydrogène aujourd’hui : > 60 Mt/an dans le monde, produit à plus de 95% à partir d’énergies fossiles
1 à 2 % des émissions de GES
Electrolyse haute température Possibilité d’apport direct de chaleur (partiel)
Réduction tension
Cycles thermochimiquesBons rendements théoriquesEffets d’échelle intéressants
Idée : substituer à l’électricité de la chaleur (moins chère / meilleurs rendements)
Mais technique plus chère que reformage du CH4
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Journée I-tésé du 3 Juin 2010
1/2O2+SO2 + H2O SO2+2H2O+I2 I2 + H2
2HIH2SO4
SO2
H2O2
H2O
I2
H2SO4H2SO4 + 2HI 2HI
Bunsen section not in HYTHEC
120°C
Heat up to 850°C Heat up to
360°C
Le cycle I_S (Iode Soufre)
ROMA TREROMA TREProjet Européen HYTHEC 2004 - 2007
Des réactions chimiques à diverses températures, certaines élevées, pour extraire l’hydrogène de l’eau
Apport direct chaleur VHTR
Apport direct chaleur VHTR
Réacteur Nucléaire
VHTR
600 MWth
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Journée I-tésé du 3 Juin 2010
De l’importance des études systèmes
Réacteur Nucléaire
VHTR
600 MWth
Production d’électricité
Échangeurs
Pompes
Systèmes de sécurité
…..
procédé I_S
Chaleur
Électricité
H2
→ livrable spécifique du projet HYTHEC : “HYTHEC project / “Definition of the Efficiency of the Thermochemical Cycles – a HYTHEC Project Proposal”
H2O
O2
ρ ~ 37 %
ρ ~ 30 %
Procédé
Système
Quelle efficacité énergétique ?
Une question de « frontières »
Projet Européen HYTHEC 2004 - 2007
Chaleur
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Journée I-tésé du 3 Juin 2010
→ surfaces d’échanges plus importantes → investissements plus élevés
→ moins d’apport externe d’énergie → meilleur rendement → coût de fonctionnement moins élevé
Réactions exothermiques
Energie à céder
Réactions endothermiques
Besoins énergétiques
Apport externe d’énergie
ER
Le rendement est-il le seul critère ?Cas des échanges de chaleur dans le procédé I_S
Procédé I_S : les ER de la section de production d’hydrogène représentent env. 50% du coût total d’investissement (dimensionnement HYTHEC)
Echangeurs récupérateurs (ER)
possibilité d’un optimum économique
ER plus efficaces
Dimensionnement des composants
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Journée I-tésé du 3 Juin 2010
Schéma de procédé nominal
5,3 €/kg
Un coût minimum qui ne correspond pas au meilleur rendement
Un rendement « optimal » proche de 26 % (vs. 37 % procédé « isolé »)
H2 COSTS
0
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8
400 450 500 550 600 650molH2/s
€/k
gH
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Capital Investment
M&T
VHTR Power
Minimum cost @ 540 molH2/s, 4.2 €/kgH2
H2 COSTS
0
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400 450 500 550 600 650molH2/s
€/k
gH
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Capital Investment
M&T
VHTR Power
Minimum cost @ 540 molH2/s, 4.2 €/kgH2
Rendement
26%30%
31%
20%
Un optimum économique pour le cycle I_S
Pour une même quantité d’énergie primaire : produire plus, ou à moindre coût ?....
Importance des aspects coûts RN et U, à long terme
(projet HYTHEC / procédé couplé à un RN)
Schéma de procédé OPTIMAL
4,2 €/kg
Sulfur–Iodine plant for large scale hydrogen production by nuclear power – G. Cerri et al. – IJHE May 2010
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Journée I-tésé du 3 Juin 2010
En bref …..
Nécessité des analyses d’ensemble (« analyses système »)
Premier constat : l’évaluation des rendements est le canal d’entrée rapide logiquement privilégié en début de R&D
Deuxième constat : les rendements font toujours l’objet de débats virulents
→ importance des hypothèses et des frontières, et des modes de calculs
→ intérêt de développer au plus tôt les angles de vue qui ne relèvent pas uniquement de la technique, des rendements : par exemple l’économie
R&D sur procédé couplé à une source d’énergie
→ meilleure configuration d'ensemble → sensibilités et marges de manœuvre
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Journée I-tésé du 3 Juin 2010
Quelques publications
Technoeconomic Optimisation Versus Pinch Technology Analysis - C. Mansilla, G. Arnaud, M. Dumas, F. Werkoff - Heat SET 2005 (Heat Transfer in Components and Systems for Sustainable Energy Technologies), 5-7 April 2005, Grenoble, France
HYTHEC: an EC funded search for a long term massive Hydrogen production route using solar and nuclear – A. Le Duigou & al. - International Journal for Hydrogen Energy (IJHE) - http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2006.11.039
Sulfur–Iodine plant for large scale hydrogen production by nuclear power – G. Cerri , C. Salvini, Cl. Corgnale, A. Giovannelli, D. De Lorenzo Manzano, A. Orden Martinez, A. Le Duigou, J.-M. Borgard and Ch. Mansilla – IJHE Volume 35, Issue 9, May 2010, Pages 4002-4014 – doi:10.1016/j.ijhydene.2010.01.066
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Journée I-tésé du 3 Juin 2010
THANK YOU
DANKE
GRAZIE
GRACIAS
MERCI
ROMA TREROMA TRE
The European CommissionCommunity Research
The European CommissionCommunity Research
www.hythec.org