Optimisation technico-économique d'une station de remplissage hydrogène gazeux comprimé; Application aux stations de grande capacité (plus de 1t/jr)

Techno-economic optimization of high-pressure gaseous hydrogen refuelling station. Application to high capacity stations (more than 1t/jr).

• Auteur / Autrice : Nicola Benvenuti
• Direction : Christophe Coquelet, Jean-Louis Dirion
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
• Date : Inscription en doctorat le 01/01/2023
• Etablissement(s) : Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : RAPSODEE - Centre de Recherche d'Albi en Génie des Procédés, des Solides Divisés, de l'Energie et de l'Environnement

Mots clés

Mots clés libres

Hydrogène

Stations de ravitaillement en hydrogène

Modélisation thermodynamique

Optimisation multi-objectifs

Logique de contrôle

Analyse technico-économique

Hydrogen

Hydrogen Refueling Stations

Thermodynamic Modeling

Multi-Objective Optimisation

Control Logic

Techno-economic Analysis

Résumé

L'Union européenne s'est fixé l'objectif ambitieux de zéro émission de carbone d'ici 2050 [1]. La transition énergétique des pays européens nécessite l'augmentation de la production d'énergie décarbonée ainsi que le développement de vecteurs énergétiques propres, tels que l'électricité et l'hydrogène. Alors que l'électricité est le vecteur énergétique le plus largement utilisé aujourd'hui, l'hydrogène quant à lui peine à se développer du fait de l'immaturité de certaines technologies de sa chaîne de valeur. Néanmoins, de nombreux scénarios montrent que l'hydrogène jouera un rôle crucial dans la décarbonation du secteur des transports [2]. L'hydrogène peut répondre aux besoins des transports interurbains et de mobilité lourde (camions, trains, bateaux), grâce aux caractéristiques particulières de la pile à combustible et au stockage d'hydrogène à bord des véhicules électriques utilisant cette technologie(FCEV). La mobilité hydrogène permet d'allier les avantages de la mobilité électrique (zéro émission) et les avantages des carburants traditionnels (longue autonomie et remplissage rapide du réservoir). Cependant, le développement de la filière se heurte à de nombreux obstacles dont le manque d'infrastructure de ravitaillement et le coût encore élevé de l'hydrogène dans celles existantes. Ce coût élevé de l'hydrogène se justifie principalement par les coûts d'investissement nécessaires pour construire des stations de ravitaillement en hydrogène (HRS) et par la faible demande due au petit nombre de FCEV en circulation [3]. Une standardisation de l'architecture des stations permettrait une production à la chaîne et donc une réduction des coûts d'investissement et d'exploitation. Cette standardisation passe par l'optimisation de l'architecture des HRS. La modélisation thermodynamique se trouve être un outil clé pour simuler le comportement réel d'une station de ravitaillement hydrogène, d'en tester les architectures possibles, de les optimiser aussi bien techniquement qu'économiquement afin d'augmenter leurs performances tout en minimisant les CAPEX et OPEX. [1] Hydrogen Europe, «Hydrogen Roadmap Europe - A sustainable pathway for the european energy transition,» 2019. [2] M. F. O. S. N. W. S. W. Benjamin Reuter, «New Bus ReFuelling for European Hydrogen Bus Depots,» European Commision - Community research, 2017. [3] Hydrogen Europe, «Hydrogen Europe's position paper on the sustainable and smart mobility strategy,» 2020.

The European Union has set an ambitious target of zero carbon emissions by 2050 [1]. The energy transition of European countries requires an increase in decarbonised energy production as well as the development of clean energy carriers, such as electricity and hydrogen. While electricity is the most widely used energy carrier today, hydrogen is struggling to develop due to the immaturity of some technologies in its value chain. Nevertheless, many scenarios show that hydrogen will play a crucial role in decarbonising the transport sector [2]. Hydrogen can meet the needs of inter-city transport and heavy mobility (trucks, trains, ships), thanks to the particular characteristics of the fuel cell and the storage of hydrogen on board electric vehicles using this technology (FCEV). Hydrogen mobility makes it possible to combine the advantages of electric mobility (zero emissions) with the advantages of traditional fuels (long range and rapid tank filling). However, the development of the sector faces many obstacles, including the lack of refuelling infrastructure and the still high cost of hydrogen in existing infrastructure. The high cost of hydrogen is mainly due to the investment costs required to build hydrogen refuelling stations (HRS) and the low demand due to the small number of FCEVs in circulation [3]. Standardisation of the station architecture would allow an assembly line production and thus a reduction of investment and operating costs. This standardisation is achieved by optimising the architecture of the HRS. Thermodynamic modelling is a key tool to simulate the real behaviour of a hydrogen refuelling station, to test possible architectures, to optimise them both technically and economically in order to increase their performance while minimising CAPEX and OPEX. [1] Hydrogen Europe, «Hydrogen Roadmap Europe - A sustainable pathway for the european energy transition,» 2019. [2] M. F. O. S. N. W. S. W. Benjamin Reuter, «New Bus ReFuelling for European Hydrogen Bus Depots,» European Commision - Community research, 2017. [3] Hydrogen Europe, «Hydrogen Europe's position paper on the sustainable and smart mobility strategy,» 2020.