Stockage thermique pour le couplage entre récupération de chaleur fatale et production d’hydrogène dans un électrolyseur à oxyde solide : étude énergétique et technico-économique

Pour un fonctionnement efficace, un électrolyseur à oxyde solide (SOEC) a besoin d’un apport continu et stable de vapeur sèche. La génération de vapeur représente une consommation importante d’énergie thermique. Quand elle se fait grâce à un apport électrique, cela a un impact important sur l’efficacité globale de la production d’hydrogène. Dans ce travail, un système thermique est conçu pour produire de la vapeur à partir de rejets de chaleur fatale sous forme de gaz industriels. La récupération de chaleur fatale se fait au sein d’un échangeur récupérateur à faisceau de tubes et permet de chauffer une boucle d’huile thermique. La génération de vapeur à partir d’huile chaude est réalisée dans un évaporateur à plaques. Un système de stockage thermique est installé sur la boucle d’huile thermique pour maintenir une production de vapeur stable malgré les fluctuations importantes de la chaleur fatale disponible. La technologie de stockage dite thermocline dual media est choisie. De l’huile thermique et des roches sont utilisées comme matériaux de stockage sensible. Les différents composants de cette architecture thermique sont modélisés à l’aide du logiciel Dymola. Des données réelles de rejets thermiques industriels sont utilisées pour simuler en dynamique la réponse du système thermique à des variations de débit et de température des gaz industriels. Les lois de commande du système thermique sont optimisées pour permettre une production de vapeur en continu. À l’aide de ces simulations, la consommation électrique ainsi que le coût de production de la vapeur du système thermique sont comparés à ceux d’un système électrique de génération de vapeur. L’évolution de ces grandeurs en fonction de la capacité de stockage installée est également étudiée. Finalement, la mise en place du système de génération de vapeur permet une réduction de 14.3% de la consommation électrique totale du système de production d’hydrogène. Le coût de production de la vapeur est divisé par 5.

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