L hydrogène dans les moteurs à combustion interne Patrick Schnell

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1 L hydrogène dans les moteurs à combustion interne Patrick Schnell Directeur Développement durable / Nouvelles énergies, Total

2 L hydrogène dans les moteurs à combustion Patrick Schnell Responsable Nouvelles Énergies / Développement Durable TOTAL Deutschland GmbH Lille,

3 HyFLEET:CUTE Projet européen du 6 éme PCRD de la commission européenne 31 partenaires représentant 12 pays européens Budget total 40 Mio / Subvention de l UE 19,7 Mio Budget total Berlin: 17 Mio / Subvention de l UE 7,2 Mio Début du projet: Janvier 2006 Durée: 44 mois 2

4 HyFLEET:CUTE Berlin: Opération de la station hydrogène TOTAL Installation du reformeur, du compresseur ionique, ainsi que de deux piles à combustibles Conception et opération de 14 bus H2 ICE de MAN Études de l Université Technique de Berlin Analyse scientifique des piles à combustibles Analyse de l usage de Bio-DME Analyse de la capture CO2 Étude public sur l acceptabilité de l hydrogène en tant que carburant Développement d un système de sécurité pour les stations hydrogènes Ancien programme CUTE: Opération des bus pile à combustible de DC dans 7 villes européennes ainsi qu à Pékin et Perth Conception d un bus hybride pile à combustible de nouvelle génération par DC 3

5 La station hydrogène de Berlin, Heerstraße 4

6 La station service de Berlin, Heerstraße Piles à combustibles Station conventionnelle Zone hydrogène 5

7 La station hydrogène de Berlin, Heerstraße Pompes à hydrogène pour la BVG (LH2 + GH2) Réservoir GH2 Pompe cryogénique Compresseur Reformeur GPL Pompes à hydrogène publique (LH2 + GH2) Évaporateur Réservoir LH2 6

8 Les technologies (1) LH2 Approvisionnement par Linde, Stockage dans un réservoir cryogénique (max. 1,3 t) Deux pompes à LH2 une sur le site public et une sur le site privé de la BVG Production sur site d hydrogène gazeux via l évaporisation de LH2 GH2 Deux pompes à GH2 une sur le site public et une sur le site de la BVG Compresseur GH2 jusqu`à 450 bar (240 Nm³/h) 7

9 Les technologies (2) Installation d un reformeur GPL (Juin 06) Production sur site de l hydrogène gazeux (100 Nm³/h H2) Coopération avec Linde Installation de deux piles à combustibles (Mars 06) Production de chaleur et d électricité pour le bâtiment de la station Coopération avec Vattenfall Europe Berlin et l Université Technique de Berlin Installation d un compresseur ionique (Automne 07) Permet la compression jusqu à 450 bar Débit de 540 Nm³/ h 8

10 Green Goal TOTAL était partenaire de l initiative Green Goal de la FIFA Pour la première fois déploiement de bus H2 pendant une coupe du monde Opération de deux bus pendant la coupe du monde en Allemagne à Berlin Km parcourus: 8533 km Quantité d hydrogène utilisée: 1169 kg GH2 9

11 Les bus hydrogène de HyFLEET:CUTE

12 MAN Bus avec moteur à combustion (CGH2) 11

13 DaimlerChrysler Bus Citaro équipés de piles à combustible (CGH2) 12

14 DaimlerChrysler Prototype de bus hybride équipé de piles à combustible Reservoir 350 Bar: Reduction du nb de réservoir du fait de l hybridisation du bus Système de refroidissement Reduction de la taille du module du fait de l hybridisation Système PAC Utilisation de la nouvelle génération de PAC Installation sur le toît 13

15 MAN/ BVG Opération de 14 bus à Berlin Juin 06: 2 bus de 150 kw ICE Octobre 06: 2 bus supplémentaires de 150 kw ICE Fin 2007: 9 bus supplémentaires se 200 kw ICE Début 2008: 1 bus supplémentaire de 200 kw avec une piles à combustible comme Auxilliary Power Unit (APU) 14

16 Performance des bus MAN bus en opération 4 bus en opération montly mileage [km] A A A A Jun 06 Jul 06 Aug 06 Sep 06 Oct 06 Nov 06 Dec 06 Jan 07 Feb 07 Mar 07 Apr 07 May 07 Jun 07 Jul 07 15

17 Performance bus total mileage A km A total mileage [km] A A Jun 06 Jul 06 A ug 06 Sep 06 Oct 06 Nov 06 Dec 06 Jan 07 Feb 07 Mar 07 A pr 07 May 07 Jun 07 Jul 07 16

18 Comparaison technologies Pile à combustible Moteur à combustion H2 pile à combustible H2 moteur à combustion moteur électrique électricité Aucunes émissions émis par le bus Bilan CO2 W-T =X; T-W = 0 NOx et particules émis par le bus; aucune émission de HC et CO Bilan CO2 W-T = X; T-W = 0 17

19 Moteur turbo 200 kw Charger turbo Refroidissement intermédiaire injecteur Concept du moteur Combustion en mélange pauvre avec utilisation d un turbo et refroidissement intermédiaire Création du mélange hydrogène - air dans la chambre de combustion via des injecteurs à solénoïde Pression d injection faible (3 à 10 bars) Démarrage de l injection précoce Allumage par bougie Régulation de la puissance par une vanne papillon et un ratio air/carburant variable (Lambda >2) Pas de traitement des gaz brûlés Pression d injection faible, pas besoin d un système coûteux de traitement préalable du combustible Pas de retour de flammes possible ratios de compression moyen: 11:1 Puissance spécifique plus grande que Lambda 1, moteur à aspiration naturelle Efficacité améliorée 18

20 Moteur H2 «H 2876 LUH01» avec turbo 19

21 Moteur H2 «H 2876 LUH01» avec turbo 20

22 Les émissions PM, HC, NOx, CO

23 Résultat des émissions du cycle ESC NO x : CO: HC: <0.13 g/kwh 0 g/kwh 0 g/kwh 22

24 Résultats des émissions du ESC-Cycle pour le moteur H2 «H 2876 UH01» ESC: European Stationary Cycle 2,50 2,00 2,00 EEV H 2876 UH01 Émissions [g/kwh] 1,50 1,00 0,50 0,00 0,13 0,25 1,50 0,00 0,00 0,20 0,05 0,10 0,05 0,00 Particules [g/kwh] NOx HC CO PM 23

25 Les émissions CO2

26 Voies de production de l hydrogène 25

27 Émission de CO2 par type de carburant Gasoline/Diesel Without Taxes Gasoline/Diesel With Taxes CO 2 -Equivalent [g/km] CNG CGH (Natural 2 Gas) FT-Diesel (Wood Residue) EtOH (Wood Residue) MeOH (Wood Residue) EtOH (Sugar Beet) RME Rape Seed Oil CGH 2, LH 2 : Ethanol, Methanol: FT-Diesel (Short Rotation) LH (SOT) 2 FC FPFC Diesel, RME, Rape Seed Oil, FT-Diesel: ICE (Diesel) Gasoline, CMG: ICE (Otto cycle) 0 0 CGH 0,03 CGH 2 (Wood Residue) LH 2 CGH (Wind) 2 CMG (Biogas) (Wood Residue) Fuel Costs [EUR/km] LH (Wind) 2 Quelle: L-B-Systemtechnik 26

28 27 Merci de votre attention!