Thèse
Auteur :
Busquet Séverine

Date de soutenance :
01 décembre 2003

Directeur(s) de thèse :
Metkemeijer Rudolf
Mayer Didier



École :

MINES ParisTech
Intitulé de la thèse : Etude d'un système autonome de production d'énergie couplant un champ photovoltaïque, un électrolyseur et une pile à combustible: réalisation d'un banc d'essai et modélisation


Résumé : Notre avenir énergétique doit être basé sur des énergies non polluantes ayant des ressources importantes. Les énergies renouvelables sont les meilleurs candidats mais l'intermittence de leur production nécessite de trouver des moyens de stockage efficaces et respectant l'environnement. Un système électrolyseur/pile à combustible permet de stocker l'électricité par l'intermédiaire d'un stockage sous forme de gaz et, en plus, de générer de la chaleur. L'objectif de ce travail est d'évaluer les performances d'un système autonome de production d'énergie électrique et thermique, couplant un champ photovoltaïque et un système de stockage par l'hydrogène, composé d'un électrolyseur, d'une unité de stockage de gaz et d'une pile à combustible. L'hydrogène est l'unique moyen de stockage de l'électricité. Pour réaliser cette étude, deux outils complémentaires ont été développés: un banc d'essai de 3,6 kW et un outil de simulation. Pour sélectionner le banc d'essai, une étude bibliographique rassemble les informations nécessaires au dimensionnement et au choix du système et de ses composants. La disponibilité très limitée de composants adaptés à notre application nous a contraints à développer de nouveaux appareils (électrolyseur, pile à combustible, appareil de conversion et de gestion d'énergie). Le banc d'essai réalisé est automatisé et sécurisé. L'analyse expérimentale évalue le rendement du système de stockage par l'hydrogène par la détermination des différentes pertes dans chacun des composants. Différentes modifications sont proposées pour améliorer les performances du système de stockage. L'outil de modélisation simule le fonctionnement du banc d'essai pour une charge et un site donnés. Il peut modéliser tout système à partir de résultats expérimentaux des composants. Les résultats de simulation permettent de caractériser le fonctionnement du système dans une application autonome, de déterminer ses performances et d'évaluer l'influence des différentes pertes.I. Introduction
I.1. Avenir énergétique
I.2. Systèmes autonomes de production d'énergie
I.3. Objectifs et plan de thèse
II. Système PV-FC
II.1. Présentation générale
II.2. Principaux composants
II.2.1. Panneaux photovoltaïques
II.2.2. Piles à combustible
II.2.3. Electrolyseurs
II.2.4. Conclusion
II.3. Systèmes PV-H2 existants
II.3.1. Présentation des projet
II.3.2. Résultats expérimentaux
II.3.3. Choix d'un système PV-H2
II.3.4. Conclusion
II.4. Conception du banc d'essai
II.4.1. Dimensionnement
II.4.2. Architecture électrique et stratégie de contrôle
II.4.3. Système de stockage par l'hydrogène
II.4.4. Conclusion
II.5. Conclusion.
III. Banc d'essai
III.1. Description du banc d'essai
III.1.1. Description des composants.
III.1.2. Mesures de sécurité
III.1.3. Conclusion .
III.2. Caractérisation des composants
III.2.1. Electrolyseur
III.2.2. Pile à Combustible
III.2.3. PMU
III.2.4. Conclusion
III.3. Performances du système de stockage par l'hydrogène
III.3.1. Performances actuelles
III.3.2. Perspectives.
III.3.3. Conclusion
III.4. Conclusion
IV. Modélisation du système.
IV.1. Choix généraux
IV.1.1. Environnement
IV.1.2. Choix des modèles des composants.
IV.2. Choix des modèles des composants.
IV.2.1. PV
IV.2.2. Electrolyseurs et piles à combustible.
IV.2.3. Batteries
IV.2.4. Stockage gaz
IV.2.5. Convertisseurs
IV.2.6. Conclusion
IV.3. Développement du modèle et ajustement au banc d'essai
IV.3.1. Panneaux photovoltaïques
IV.3.2. Composants électrochimiques
IV.3.3. Stockage des gaz
IV.3.4. Batterie de sécurité
IV.3.5. PM
IV.3.6. Consommation intrinsèque du système
IV.3.7. Système complet
IV.3.8. Conclusion
IV.4. Analyse des performances du banc d'essai
IV.4.1. Différents systèmes de stockage par l'hydrogène
IV.4.2. Différentes charges
IV.4.3. Résultats et analyses
IV.4.4. Conclusion
IV.5. Conclusion
V. Conclusion
VI. Références
VII. Glossaire
VIII. Annexes

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