Efficacité énergétique et économie - I-tésé
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Efficacité énergétique et économie Témoignage sur un procédé de production massive d’hydrogène Alain Le Duigou Christine Mansilla Journée I-tésé du 3 Juin 2010 1 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 alcaline / Rendement ~ 30% (/électricité ~ 75-80%, rendement EPR ~1/3) Mais technique plus chère que reformage du CH4 Idée : substituer à l’électricité de la chaleur (moins chère / meilleurs rendements) Electrolyse haute température Cycles thermochimiques Possibilité d’apport direct de chaleur (partiel) Réduction tension Bons rendements théoriques Effets d’échelle intéressants Cycles hybrides Thermochimie + électrolyse tension < électrolyse alcaline Journée I-tésé du 3 Juin 2010 2 Le cycle I_S (Iode Soufre) Projet Européen HYTHEC 2004 - 2007 ROMA TRE Des réactions chimiques à diverses températures, certaines élevées, pour extraire l’hydrogène de l’eau H2O O2 H2 I2 SO2 Heat up to 850°C 1/2O2+SO2 + H2O SO2+2H2O+I2 I2 + H2 H2SO4 H2SO4 + 2HI 2HI Apport direct chaleur VHTR H2SO4 2HI Heat up to 360°C Apport direct chaleur VHTR Bunsen section not in HYTHEC Réacteur Nucléaire VHTR 120°C 600 MWth Journée I-tésé du 3 Juin 2010 3 Quelle efficacité énergétique ? De l’importance des études systèmes ρ ~ 30 % Projet Européen HYTHEC 2004 - 2007 ρ ~ 37 % H2O Production d’électricité Réacteur Nucléaire VHTR Chaleur Échangeurs Chaleur 600 MWth Pompes Électricité H2 procédé I_S Systèmes de sécurité O2 ….. Procédé Une question de « frontières » Système → livrable spécifique du projet HYTHEC : “HYTHEC project / “Definition of the Efficiency of the Thermochemical Cycles – a HYTHEC Project Proposal” Journée I-tésé du 3 Juin 2010 4 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) Apport externe d’énergie Dimensionnement des composants ER plus efficaces Réactions endothermiques Besoins énergétiques Echangeurs récupérateurs (ER) ER Réactions exothermiques Energie à céder → surfaces d’échanges plus importantes → investissements plus élevés → moins d’apport externe d’énergie → meilleur rendement → coût de fonctionnement moins élevé possibilité d’un optimum économique Journée I-tésé du 3 Juin 2010 5 Un optimum économique pour le cycle I_S (projet HYTHEC / procédé couplé à un RN) Sulfur–Iodine plant for large scale hydrogen production by nuclear power – G. Cerri et al. – IJHE May 2010 8 7 Rendement 30% €/kgH2 6 5 Schéma de procédé nominal 5,3 €/kg 31% 20% 26% 4 2 M&T 1 0 400 Schéma de procédé OPTIMAL 4,2 €/kg VHTR Power 3 Capital Investment 450 500 550 molH2/s 600 650 Un coût minimum qui ne correspond pas au meilleur rendement Un rendement « optimal » proche de 26 % (vs. 37 % procédé « isolé ») Pour une même quantité d’énergie primaire : produire plus, ou à moindre coût ?.... Importance des aspects coûts RN et U, à long terme Journée I-tésé du 3 Juin 2010 6 En bref ….. R&D sur procédé couplé à une source d’énergie 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 → meilleure configuration d'ensemble → sensibilités et marges de manœuvre Journée I-tésé du 3 Juin 2010 7 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 Journée I-tésé du 3 Juin 2010 8 The European Commission Community Research THANK YOU www.hythec.org DANKE GRAZIE GRACIAS MERCI ROMA TRE Journée I-tésé du 3 Juin 2010 9
