Etude thermodynamique de la production du bihydrogène par un processus de thermochimie alimenté par une centrale solaire.

Abstract

Dans cette thèse, une étude approfondie d’un nouveau cycle de production d’hydrogène original à base de magnésium-chlore est menée. Diverses évaluations sont réalisées en utilisant plusieurs outils de modélisation thermodynamique et de thermochimie. En outre, un nouveau cycle thermodynamique est introduit, ce cycle est composé du jumelage entre une unité de production d’hydrogène utilisant le cycle thermochimique et électro-thermochimique proposé et une station hybride solaire-hydrogène de nouvelle conception. Deux nouvelles configurations différentes du cycle de production d’hydrogène proposé sont modélisées et analysées de manière exhaustive. La première configuration de ce nouveau cycle représente le cycle à caractère thermochimique seulement (pas d’électricité ni d’électrolyseur), ce cycle pourra utiliser de l’énergie solaire ou n’importe quelle source thermique, telle que la chaleur dégagée par les gaz d’échappement des moyens de transport ou des turbines à gaz pour son fonctionnement. De nouvelles modifications sont adaptées au cycle Mg-Cl proposé afin de surmonter les problèmes rencontrés. La version électrothermochimique du cycle proposé est développée avec un but de réduire les besoins en chaleur (chose qui n’est pas tout le temps disponible) et introduire de l’énergie électrique pour l’électrolyseur afin de hausser la performance de ce dernier. La méthode choisie pour l’analyse de ces systèmes est la méthode éxergétique. Cette méthode est très robuste car c’est un outil très efficace pour l’analyse, la faisabilité et l’optimisation des systèmes énergétique. Une analyse du rendement de la nouvelle centrale ainsi qu’une mesure de la capacité de production de l’hydrogène en tonnes par an est établie. L’unité de production d’hydrogène est connectée à la station hybride solaire-gaz de Hassi R’Mel (Algérie). La station de Hassi R’mel a été choisie pour l’alimentation de l’unité de production d’hydrogène travaillant avec le cycle électro-thermochimique à base de Mg-Cl. Le choix de cette station solaire est justifié par le fait que cette centrale utilise deux énergies qui est le gaz naturel et l’énergie solaire, qui sont deux ressources très disponible en abondance en Algérie. Si on arrive à produire de l’électricité, l’hydrogène et la chaleur au même temps, ça sera de la multi génération écologique. Une étude thermodynamique basée sur la méthode comparative des rendements est utilisée afin de simuler le comportement énergétique des principaux organes de cette iii station, tel que le champ solaire, l’installation des turbines à gaz et les cycles de vapeur, cette modélisation est assurée par le logiciel de simulation énergétique EES. Une nouvelle centrale hybride solaire-hydrogène est proposée afin d’augmenter la capacité de production d’hydrogène. Si on connecte chacun de deux cycles proposés avec la station de Hassi R’mel et la nouvelle station hybride, cela comptabilise quatre différents systèmes de génération d’hydrogène solaire. Une étude comparative entre ces systèmes basée sur les rendements et la production d’hydrogène est réalisée afin de savoir le quel des quatre systèmes présente les meilleurs avantages.