Study of a stand alone power system based on a photovoltaic field, an electrolyseur and a fuel cell: test bench and modelisation - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2003

Study of a stand alone power system based on a photovoltaic field, an electrolyseur and a fuel cell: test bench and modelisation

Étude 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

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Abstract

Our energetic future has to be based on non-polluting energies with long-term resources. Renewable energies are the best candidates but as their production is intermittent, storage way is necessary as well efficient as environmentally friendly. Coupled an electrolyser and a fuel cell allows to store electricity in gas form and furthermore to produce heat energy.
The goal of this work is to evaluate performances of a stand-alone power system, producing electricity and heat, coupling a photovoltaic field and a hydrogen storage system, made of an electrolyser, a gas storage unit and a fuel cell. Hydrogen is the unique way to store electricity. To complete this task, two tools have been developed: a 3,6 kW test bench and a simulation tool.
To select the test bench, a bibliographic study enables to collect the necessary information to size and to choice the system and its components. The low availability of components adapted to our application, forces us to create new devices (electrolyser, fuel cell, power management unit). The test bench is automatic and safe. Experimental analysis evaluates the efficiency of the hydrogen storage system, determining the different losses occurring in each component. Modifications are proposed to increase the performances of the storage system.
The simulation tool enables to plan the operating of the test bench for a fixed load and place. This model can simulate any system based on experimental data of each component. Simulation results enable to characterise the functioning of the test bench in a stand-alone operation, to determine its performances and to evaluate the influence of the different losses.
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.
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Dates and versions

pastel-00001338 , version 1 (26-07-2005)

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  • HAL Id : pastel-00001338 , version 1

Cite

Séverine Busquet. Étude 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. Sciences de l'ingénieur [physics]. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2003. Français. ⟨NNT : 2003ENMP1195⟩. ⟨pastel-00001338⟩
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