La recherche dans le domaine des électrolyseurs et de la méthanisation riche en hydrogène

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1 Institut Paul Scherrer Alexander Wokaun Nous créons du savoir aujourd'hui pour demain La recherche dans le domaine des électrolyseurs et de la méthanisation riche en hydrogène Département de recherche sur l énergie non nucléaire Alexander Wokaun <N > Sujets Comparaison des options pour le stockage saisonnier Projet de recherche pour le programme power to gas urs: objectifs des recherches : objectifs des recherches Perspectives Département de recherche sur l énergie non nucléaire Alexander Wokaun 2

2 Densité d'énergie ( Wh / L ) Niveau technique de Portée Degré d'efficacité en % (électricité / électricité) Durée de vie (années) Niveau de (TWh) Potentiel de construction en CH Remarques Evaluation de moyens de stockage d'énergie en vue d'une compensation saisonnière Hydroélectricité Air pompage / Batterie Hydrogène Méthane comprimé turbinage 4 ( selon la hauteur utile ) disponible saisonnier 85 90* eau/électricité > limité dépend de l'hydrologie et de la topographie 5 inst. pilotes en 8-16 h potentiel 70 env limité à des cavernes Le stockage chimique (H 2 et ) offre un potentiel vaste et souple pour un transfert d'énergie de l'été à l'hiver Département PSI, 14 mai 2012 de recherche sur l énergie non nucléaire Alexander Wokaun 3 15 inst. pilote en 1-8 h > possible performances bonnes pour compenser des crêtes 240 modules en saisonnier 45 potentiel 55 - possible infrastructure non disponible 225 / 1150 Réservoirs tubulaires existants saisonnier 60* nat./électr possible production de méthane encore à l'étude Power to gas: le stockage chimique du courant électrique Energie éolienne Solaire Réseau d'électricité Centrale combinée vapeur / Centrale compacte de cogénération Réseau de naturel Réservoirs à H 2 C 2, d'installations de bio Département de recherche sur l énergie non nucléaire Alexander Wokaun 4

3 Structure du projet intégré: Thèmes Système d'ensemble power to gas Questions systémiques: scénarios, conditions cadres Département de recherche sur l énergie non nucléaire Alexander Wokaun 5 Plusieurs options d'électrolyse H 2 H 2 +1/2 2 e - HP-PEEC or AEC H 2 4H 2 +C 2 + 2H 2 e - C+H 2 C 2 +H 2 C + H C + 3H 2 +H 2 e - C 2 + 2H 2 +3/2 2 Département de recherche sur l énergie non nucléaire Alexander Wokaun 6

4 Comparaison de l'efficacité coût en capital degré d'efficacité énergétique Whipple and Kenis, J. Phys.Chem. Lett. 1 (2010) 3451 densité de courant L'efficacité de toutes les variantes d'électrolyse est limitée par les réactions électrochimiques de d' 2 et réduction de C 2 Département de recherche sur l énergie non nucléaire Alexander Wokaun 7 Evaluation des options d'électrolyse pour la stratégie de stockage Power to gas du point de vue de l'électrocatalyse bjectifs partiels: rientation du projet partiel Evaluation du système sur les plans énergétique et économique des variantes d'électrolyse (PEEC haute pression, AEC, coélectrolyse) basée sur des données cinétiques pour les électrocatalyseurs: - standards commerciaux - avancé des catalyseurs dans le projet Développement de nouveaux électrocatalyseurs pour la formation d'oxygène en milieu acide (PEEC haute pression et co-électrolyse) - basé sur des oxydes ou des sulfides de métaux transitoires - sans utilisation d'iridium Développement de catalyseurs avancés de réduction du C 2 - basé sur des nanoparticules cœur coquille Département de recherche sur l énergie non nucléaire Alexander Wokaun 8

5 Installation pilote et de démonstration de 1 MW à naturel synthétique à Güssing FICFB (lit fluidisé circulant) Couplage chaleur force à biomasse commercial ( 8 MW therm,, 2 MW él ) Gaz d'échappement Traitement des d'échappement Chaleur Bois Gazéification Purification du Moteur à Courant Cendres Flux de recyclage H 2 Purification du Préparation de naturel synthétique issu de la biomasse Pompe à naturel synthétique bio C 2 + H 2 S / hydrocarbures lourds Produit du C 2 (remplace le N 2 ) Gaz naturel synthétique issu de la biomasse (1 MW SNG ) Gaz naturel synthétique issu de la biomasse Département de recherche sur l énergie non nucléaire Alexander Wokaun 9 Réaction dynamique à la recirculation du H 2 ( PDU de 1 MW SNG ) 60 Anfahren der Methanisierung Variation der H 2 -Rückführung Molfraktion C 2, [%] C2 CH4 C Molfraktion C [%] :00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 Zeit [h] Département de recherche sur l énergie non nucléaire Alexander Wokaun 10

6 Association avec une utilisation efficiente de la biomasse: transformation de déchets de bois en électricité et en chaleur Production décentralisée de courant et de chaleur à partir de biomasse (bois) Utilisation efficace du combustible rendement électrique: 29 %, 380 kw el rendement thermique: 49 %, 660 kw th Energie de ruban pendant plus de 7000 h Quantité de combustible requise très inférieure à celle pour de grandes centrales de chauffage à bois Installation de production et plateforme de recherche pour du naturel synthétique (SNG) Heat Pipe Reformer: projet de phare PSI / AEW / agnion / CTU Département de recherche sur l énergie non nucléaire Alexander Wokaun 11 Installation pilote prévue au PSI Installation de démonstration: exploitation commerciale de couplage chaleur-force par AEW Installations de recherche: utilization du courant partiel (10%) du brut pour la recherche sur l'épuration des à chaud et sur la méthanisation. bois eau air brûlés HPR éification coke combustion brut épuration des à froid pur clapet de maintien de la pression torche d'amorçage moteur à brûlés chaleur courant épuration des à chaud méthanisation pile à combustible brû chaleur courant Département de recherche sur l énergie non nucléaire Alexander Wokaun 12

7 Calendrier du projet Scénarios dans le temps et l'espace Aspects du réseau Intégration dans l'infrastructure Examen global coût/efficacité Prochaine étape: projet pilote et démonstration riche en hydrogène Début M36 Temps Département de recherche sur l énergie non nucléaire Alexander Wokaun 13 Remerciements à Thomas Schmidt, Tilman Schildhauer, Serge Biollaz, Philipp Dietrich, Urs Elber Je vous remercie pour votre attention. Département de recherche sur l énergie non nucléaire Alexander Wokaun <N >