the challenge of simulating green hydrogen storage

Simuler le stockage d’hydrogène vert, pas si facile

CORYS a simulé pour le compte d’un acteur des nouvelles énergies une station de recharge en hydrogène vert de petits véhicules professionnels. Une étape indispensable pour monter demain en capacité et approvisionner des camions, des avions voire des trains.

 

Vue de loin, une « station-service » d’hydrogène vert peut sembler simple à concevoir, à piloter et à exploiter. Son élément central est une capacité d’environ X tonnes à 700 bars, à partir duquel des véhicules viennent faire le plein dans des réservoirs à 300 bars.

 

Mais raisonner ainsi, ce serait oublier que cet hydrogène est produit de manière intermittente et aléatoire, à partir d’un électrolyseur, d’éoliennes ou de panneaux photovoltaïques ; qu’il faut un contrôle-commande sophistiqué pour transférer du gaz à ces pressions avec un haut niveau de sûreté ; que l’hydrogène est une molécule capricieuse, qui a par exemple la particularité de s’échauffer quand on la détend !

« L’idéal, c’est le modèle dynamique »

« Aucun logiciel d’états stationnaires ne peut rendre compte de ces phénomènes, affirme Philippe Thiabaud, de CORYS. L’idéal, c’est le modèle dynamique. Et si Indiss Plus® s’est imposé, c’est parce qu’il restituait cette complexité tout en proposant aux concepteurs une vue synthétique et simple des exigences de pilotage temps réel. »

À ce stade, précisons-le, le donneur d’ordres ne se prépare pas à former ses futurs « pompistes » : il industrialise et optimise le contrôle-commande, tant pour l’exploitation courante que lors des démarrages, arrêts, gestions d’incidents, etc.

 

Pour l’équipe projet CORYS, le plus ardu a été de concevoir le modèle de comportement de l’hydrogène sous pression.

« Il compte une trentaine de paramètres, décrit Roberto Olcese, ingénieur modélisation chez CORYS. Nous nous sommes appuyés sur des articles de chercheurs et des logiciels qui utilisent les équations thermodynamiques de référence. Nous avons aussi vérifié que nous retrouvions certains points expérimentaux : l’hydrogène présente des comportements contre-intuitifs et certains modèles pas assez détaillés prévoient de fausses discontinuités physiques. »

Un écart de température suffit à endommager le réservoir

Ce travail scientifique était indispensable : un échauffement ou un refroidissement minime de l’hydrogène à 700 bars suffit à endommager les parois des réservoirs et à occasionner une fuite lente ! Ce qui explique la présence d’organes de régulation thermique, dont un échangeur, et d’un monitoring des couples pression/température.

 

Désormais équipé de ce modèle, le donneur d’ordres – un acteur du secteur des nouvelles énergies – va finaliser le contrôle-commande de ses sites de rechargement et lancer leur déploiement. À terme, il concevra des stations de capacité supérieure pour poids lourds, avions voire trains à hydrogène.

« Il dispose d’une usine pilote numérique, bien moins coûteuse qu’une vraie installation, et d’un outil d’étude et d’ingénierie » souligne Philippe Thiabaud.

CORYS signe de son côté une première référence dans le domaine de la transition énergétique. En attendant d’intégrer le stockage haute pression d’hydrogène vert dans des schémas industriels plus complexes.

« En amont, il sera produit par une ou plusieurs sources d’énergies renouvelables. En aval, il pourra être associé au CO2 capturé des fumées de cimenteries ou d’aciéries pour produire des carburants de synthèse ou du méthanol, combiné à l’azote de l’air pour produire de l’ammoniac, utilisé en raffinage traditionnel comme agent de désulfuration, ou employé pour générer à nouveau de l’électricité. L’histoire ne fait que commencer. »

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