Hydrogène + pile à combustible : composants pour la production d'énergie
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L'avenir de l'approvisionnement énergétique réside dans Énergies renouvelables. Les technologies Piles à combustible à hydrogène ou les électrolyseurs sont des candidats prometteurs pour les vecteurs énergétiques du futur, s'ils sont "verts". L'expert en automatisation Pepperl + Fuchs propose des produits pour l'ensemble de la chaîne de valeur de l'hydrogène sur la base de son savoir-faire étendu et de plusieurs années. Découvrez ci-dessous où nous en sommes avec l'hydrogène vert et quels produits font avancer le développement.
Contenu
- Boîtier pour la technologie de mesure dans la production d'hydrogène
- L'hydrogène comme sauveteur de crise
- Approvisionnement énergétique en transition
- L'hydrogène vert est le joker
- Technologie de capteur pour la chaîne de valeur de l'hydrogène
- Foire aux Questions
Boîtier pour la technologie de mesure dans la production d'hydrogène
11.10.2013 octobre XNUMX | Le complet transformation énergétique impose des exigences accrues à tous les acteurs de la chaîne de production - de l'électricité verte à la production d'hydrogène en passant par la production de divers dérivés, en passant par toutes les étapes de transport entre les stations.
Les éoliennes et les parcs éoliens devraient avoir de meilleures fonctions au service du réseau. Pour ce faire, les commandes nécessitent des données, qui sont elles-mêmes fournies par des capteurs de Pepperl+Fuchs. Les capteurs peuvent détecter les positions de Feuille et gondole ainsi que détecter avec précision les vitesses et les vibrations.
Si l'hydrogène est produit à partir d'électricité renouvelable à l'aide d'électrolyseurs, la pression doit être adaptée aux différentes étapes ultérieures de transport et de traitement. Cela soulève également des questions sur protection contre les explosions .
Pepperl+Fuchs en propose un spécial pour cette protection contre les explosions Technologie du logement pour les zones Ex correspondantes et armoire de commande-Modules pour la séparation des signaux et le traitement ultérieur.
Ceux-ci sont utilisés dans les systèmes de mesure et de contrôle de pression. Des solutions spéciales dans la zone « Purge » sont également proposées. Ceux-ci permettent l'utilisation d'appareils de mesure non antidéflagrants. Enfin et surtout, les systèmes antidéflagrants facilitent la tâche. Tablettes et smartphones la Kommunikationstechnik dans des zones potentiellement explosives.
L'hydrogène comme sauveteur de crise
Il y a plus d'un an, l'hydrogène (H 2) était encore considéré comme un composant crucial dans le Décarburation de l'industrie et des transports. Mais maintenant, nous ne sommes pas seulement aux prises avec la crise climatique, mais aussi avec une crise énergétique qui pourrait conduire à l'expansion de l'hydrogène vert comme source d'énergie pour l'énergie électrique afin d'assurer les besoins en électricité et en chaleur. Le problème ici réside moins dans les concepts et le savoir-faire technique, mais surtout dans la mise en œuvre dans les délais.
Le module IO sécurise les stations-service à hydrogène Resato
De grands projets hydrogène ont déjà été annoncés dans le monde, du Canada à l'Allemagne en passant par le Japon. Mais euh Hydrogène vert Pour produire de l'électricité, nous devons d'abord développer la production d'énergie renouvelable. Les éoliennes offshore jouent ici un rôle crucial en fournissant l'électricité verte nécessaire.
Hydrogène vert - Opportunité ou risque pour les ingénieurs en automatisation d'usine ?
09.02.2023 | Avec la forte croissance clairement prévue dans le domaine de l'énergie éolienne au cours des 20 prochaines années, il existe d'excellentes opportunités pour les fabricants de capteurs et les entreprises d'automatisation industrielle. Celles-ci sont exponentielles du fait qu'il en va de même pour le stockage, le transport et la fabrication de tous ces systèmes. Wolfgang Weber, Global Industry Manager chez Pepperl+Fuchs, s'exprime sur le sujet dans la vidéo suivante lors des journées de presse professionnelle du RBS Stutensee à Karlsruhe.
Approvisionnement énergétique en transition
L'approvisionnement en énergie électrique est confronté à un bouleversement fondamental, dans lequel tous les procédés connus sont mis à l'épreuve. Le Énergie atomique, qui promettait une disponibilité illimitée dans les années 60 et 70, est tombée en discrédit pour diverses raisons et n'est désormais envisagée que dans quelques pays.
De plus, les hydroélectricité ne peut être étendu que dans une mesure limitée, car il a un impact immense sur le paysage et a des conséquences sur la flore et la faune. La biomasse, en revanche, est très controversée car elle est en concurrence avec la production alimentaire et a aussi ses limites.
Considérations de base sur la transition énergétique
étaient jusqu'à présent substances fossiles telles que le pétrole, le gaz naturel et le charbon sont les sources d'énergie préférées. Contrairement aux prévisions antérieures, cependant, ils sont toujours disponibles en quantités presque illimitées, sont peu coûteux et il existe de nombreuses utilisations possibles pour les combustibles fossiles. Ils servent non seulement à générer de l'énergie, mais aussi comme matériaux de base pour la chimie, la pharmacie et de nombreux autres domaines.
Au cours des deux dernières décennies, deux représentants des énergies renouvelables se sont particulièrement distingués dans le domaine de la production d'électricité. C'est ce à quoi tu penses en premier Wind ainsi que Soleil, puisque ces sources d'énergie sont apparemment disponibles gratuitement.
En Allemagne, nous supposons que le Demande d'électricité doublera dans les 20 prochaines années. Pour le moment, cependant, nous ne couvrons qu'un peu moins de la moitié de nos besoins actuels en électricité à partir de sources renouvelables. Nous devons donc quadrupler la production d'électricité. En effet, des développements étonnants ont eu lieu au cours de cette période - à la fois en termes d'échelle et de coût. Éoliennes d'une capacité allant jusqu'à 18 MW par unité sont aujourd'hui installés en mer, ce qui était impensable dans les années 1980. L'idée que les systèmes photovoltaïques dans les zones ensoleillées produiraient de l'électricité à un coût inférieur à 1 cent par kWh était considérée au mieux comme une utopie.
Problème résolu? Pas du tout!
Est-ce à dire que tous les problèmes sont résolus ? Pas du tout, car les enjeux fondamentaux ont malheureusement été longtemps sous-estimés par négligence. Deutschland est l'un des pays qui peuvent avoir une alimentation électrique fiable à tout moment. Ce n'est en aucun cas une évidence, même dans les pays hautement développés.
Lors de la planification du système d'alimentation électrique, il s'agissait toujours de pouvoir couvrir la demande de pointe absolue dans tous les cas, même si elle ne se produit qu'une heure par an. Le graphique stylisé (à droite) illustre le problème. Le vent et le soleil fournissent soit trop ou trop peu d'énergie. Les deux causent des problèmes car soit l'électricité doit être réduite, soit des centrales électriques de réserve doivent fournir de l'énergie. Cependant, les deux scénarios ne sont pas économiques. Le but doit donc être de minimiser au maximum les deux situations.
J'ai noté la La production d'énergie dépend non seulement des exigences temporelles, mais aussi spatiales. Il était donc logique de construire de grandes centrales électriques à proximité de grands consommateurs tels que des métropoles peuplées ou des sites industriels.
Cependant, avec les sources d'énergie solaire et éolienne, ces exigences ne sont plus satisfaites. Le positionnement des éoliennes dépend de l'espace disponible et de l'apport de vent. La mise en place de Modules photovoltaïques d'autre part, dépend fortement de la volonté d'investissement individuelle des particuliers. La production d'électricité de ces centrales est à son tour soumise aux conditions météorologiques.
Pendant de nombreuses années, l'Allemagne s'est offert le luxe d'un double approvisionnement énergétique afin de pallier les problèmes décrits. Même si l'on prétend que nous avons déjà 46% de notre électricité générée de manière régénérative, certains jours de l'année cette part dépasse à peine 20 %. Plus on réduit les centrales conventionnelles, plus on se retrouve dans une situation qui ne peut plus être maîtrisée.
L'économie d'énergie comme défi
Afin d'équilibrer le rapport entre l'offre et la demande, il est nécessaire de prendre des mesures à la fois à court terme et saisonnières. Il est évident qu'il faut plus d'énergie en hiver qu'en été. Par conséquent, il faut trouver une solution capable de stocker l'énergie pendant une durée indéterminée, de la transporter facilement et de l'utiliser de différentes manières, y compris la possibilité de reconversion. En tant que fournisseur de composants électroniques et capteurs Pepperl+Fuchs s'intéresse dans un premier temps au contrôle de tels processus. Le fait est que les éoliennes doivent de plus en plus prendre en charge les fonctions liées au réseau et être capables de réagir aux exigences du réseau.
Conseil de lecture : Technique de mesure pour la production d'hydrogène
Considérons L'Allemagne comme référence, où environ 20 % des besoins énergétiques totaux du pays sont satisfaits par l'électricité, tandis que la grande majorité est principalement fournie par le pétrole, le gaz et le charbon. Il s'agit notamment du secteur des transports, du marché du chauffage et de l'industrie, notamment dans les secteurs de l'acier, de la chimie, du ciment, du verre et autres. Bien qu'il existe certainement des moyens d'"électrifier" une partie de celui-ci, le temps nous dira dans quelle mesure cela est possible. Parce que cela dépend finalement du coût et de la disponibilité.
L'hydrogène vert est le joker
L'hydrogène est le joker dans ce jeu, qui règne de nos jours consensus mondial. En tant que moyen de stockage, l'hydrogène peut compenser les fluctuations irrégulières de l'énergie éolienne et solaire et, en tant que matériau de base avec ses dérivés bien connus, peut remplacer les combustibles fossiles dans toutes les applications.
L'hydrogène utilisé aujourd'hui est fabriqué à partir de gaz avec dégagement de CO2 gagné. Si vous pensez à la procédure de Carbon Capture and Storage (CCS) comme alternative, alors l'hydrogène dit vert est la méthode de choix.
Pour que l'hydrogène remplace les combustibles fossiles dans la pratique à l'avenir, des étapes plus détaillées sont nécessaires et d'énormes quantités d'hydrogène vert sont nécessaires. L'hydrogène passe par un fission électrolytique généré à partir de l'eau à l'aide d'électricité, l'eau étant divisée en hydrogène et en oxygène. Ce processus a lieu dans un électrolyseur, tandis que l'inversion se produit dans la pile à combustible. Là, l'hydrogène est utilisé comme combustible et, en combinaison avec l'oxygène, de l'électricité est générée. Le "déchet" est l'eau.
Le eau de matière première est pratiquement illimité disponible sur notre planète sous la forme des mers. Cependant, il faut produire de l'électricité pour produire l'hydrogène. Si cela réussit de manière climatiquement neutre, la transformation de notre approvisionnement énergétique peut aider à équilibrer le CO2-Restaurer la génération et l'absorption et stopper le réchauffement de l'atmosphère.
Technologie de capteur pour la chaîne de valeur de l'hydrogène
Le premier élément du tableau périodique est un facteur clé dans la Décarburation d'économie et de transport, mais uniquement avec de l'hydrogène vert, dont le gaz sans CO2 sortie a été obtenue. La chaîne de valeur de l'éolienne à la station de remplissage d'hydrogène est pleine de défis techniques.
Surtout, la décarbonation souhaitée va changer la façon dont nous produisons, stockons, distribuons et consommons l'énergie. L'hydrogène vert devient un rôle clé dans la production d'électricité future et la décarbonisation de l'industrie et des transports lourds. De nombreux capteurs diverses fonctions ainsi que des composants antidéflagrants sont nécessaires pour sécuriser les processus automatisés.
Pepperl+Fuchs possède de nombreuses années d'expérience dans le domaine de protection contre les explosions et capteurs industriels. En tant qu'expert en sécurité fonctionnelle qui fournit des composants compatibles tout au long de la chaîne de valeur de l'hydrogène, l'entreprise est le bon partenaire et un élément de liaison dans la chaîne de l'hydrogène - de la production d'énergie régénérative, la compression à haute pression après électrolyse, le transport, le stockage à grande échelle utilisation industrielle et station d'essence à hydrogène. Nous présentons ci-dessous quelques produits et applications :
Capteurs à ultrasons pour la production de plaques bipolaires
04.07.2023 | Dans un futur proche, la capacité opérationnelle et la prix de l'hydrogène et ses dérivés dépendent largement de la disponibilité. Le prix de l'électricité lors de la production et les coûts d'acquisition des systèmes y jouent un rôle déterminant.
Bien que électrolyseurs et les piles à combustible sont technologiquement similaires, elles ont des domaines d'application différents. Les électrolyseurs sont les seuls à produire de l’hydrogène vert, tandis que les piles à combustible sont en concurrence avec d’autres procédés. Les voitures à hydrogène marquent notamment des points dans le transport lourd par rapport aux batteriemoteurs électriques alimentés, mais aussi l'alternative à l'e-mobilité est toujours en discussion.
Dans les deux cas, cependant, le quantités de production augmenter de manière significative afin de couvrir la demande croissante et de réduire les coûts à long terme. L'industrialisation et une communiquation automatisée la production joue un rôle central. Les composants clés sont les plaques bipolaires (BPP) et l'assemblage d'électrodes à membrane (MEA). Le MEA peut être fabriqué dans des configurations à 3, 5 et 7 couches et nécessite l'application de couches catalytiques pour les processus électrolytiques.
Projet de recherche usine de référence H2
Pour un excellent mixage pop de vos pistes il est primordial de bien Fraunhofer-Institut des machines-outils et de la technologie de formage IWU à Chemnitz, le projet d'usine de référence H2 a démarré, qui se concentre sur l'optimisation de la production de ces composants. Ils examinent, testent et optimisent les processus depuis la production des plaques bipolaires et la fonction des joints jusqu'à l'assemblage de l'ensemble de la pile.
Les premières applications pratiques ont montré que la vérification d'éventuelles doubles couches peut être un critère important. Les capteurs à ultrasons se sont avérés être une technologie de capteur fiable. Les capteurs à ultrasons peuvent mesurer des distances précises de l'ordre du dixième de millimètre et détecter plusieurs couches et fissures.
Un avantage majeur des ultrasons réside dans leur indépendance vis-à-vis des propriétés des matériaux telles que la couleur, le brillant de surface ou la transparence. Cela offre notamment metallmatériaux iques et translucides avantages considérables.
J'ai noté la F77La série de capteurs de Pepperl+Fuchs permet des mesures de hauteur précises dans la plage de 0,2 mm. À l'aide des contrôles de double feuille UDC, plusieurs couches peuvent être détectées en détectant les couches limites et la transition vers un espace d'air. De plus, la présence ou la position des composants fournis peut être facilement vérifiée.
Ces avancées des capteurs à ultrasons disposent d'une interface IO-Link standardisée via laquelle des réglages peuvent être effectués et des données d'état peuvent être interrogées. Grâce aux modules d'interface disponibles (maître), les données peuvent être OPC UA transférés à d’autres unités de l’infrastructure informatique. Cela signifie que toutes les exigences d'une architecture conforme à l'Industrie 4.0 sont remplies.
Composants pour une production sûre d'énergie verte
12.09.2022/XNUMX/XNUMX | La production d'hydrogène vert énergies renouvelables est donc crucial pour son utilisation industrielle.
Par exemple, pour utiliser l'énergie éolienne de manière optimale, le Pales de rotor avoir le bon angle d'inclinaison. En cas de vent fort, les systèmes doivent être placés dans une position abritée pour éviter une éventuelle surcharge. Pepperl+Fuchs fournit les valeurs requises en utilisant Encodeurs ainsi que des capteurs de vibration et d'accélération. Des modules de protection contre les surtensions sont nécessaires pour Technologie de contrôle et la transmission sécurisée du signal des coups de foudre.
Grâce à ces mesures, nous pouvons utiliser efficacement la production d'énergie à partir de l'énergie éolienne et ainsi favoriser la production d'hydrogène vert. Il s'agit d'une étape cruciale pour rendre notre approvisionnement énergétique plus durable et respectueux de l'environnement.
L'électricité verte est convertie en hydrogène, transportée et temporairement stockée pour atteindre sa destination. L'hydrogène est transporté soit par méthanier, soit par camion, soit par pipeline. Le transport pose des défis techniques en raison de ses propriétés explosives. Pepperl+Fuchs propose une large gamme de composants de connexion pour la protection contre les explosions. Différents modules d'interface et boîtes à bornes de la série SR garantissent une transmission fiable des signaux dans le système de mesure de la régulation de la pression du gaz. Les systèmes d'enceintes pressurisées de la série 6000 sont utilisés pour l'analyse de l'hydrogène.
vannes réguler le débit de gaz dans les tuyaux et les canalisations. Les capteurs doubles inductifs F31K2, entre autres, garantissent une rétroaction sûre de la position de la vanne dans les zones extérieures dangereuses. La sécurité intrinsèque appareils mobiles ainsi que Lunettes intelligentes de la marque Pepperl+Fuchs Ecom fournissent des informations en temps réel aux travailleurs mobiles et aux opérateurs d'usine pendant les travaux de maintenance des vannes.
Capteur de vibration et capteur d'accélération dans l'éolienne
02.03.2023 | Imaginez qu'un moderne Centrale éolienne d'une hauteur de tour de 130 m et la masse à supporter par la salle des machines et la nacelle est de 400 à 600 t. Les différentes charges de vent ont imposé d'énormes contraintes mécaniques à la construction. Des capteurs de vibrations sont installés dans la tour, la nacelle, le moyeu du rotor et le des pales de rotor déployé. Les systèmes de mesure inertielle enregistrent cette charges en temps réel.
Foire aux Questions
Comment fonctionne la pile à combustible ?
Une pile à combustible est un convertisseur d'énergie qui convertit l'énergie chimique directement en énergie électrique. Il fonctionne de la même manière qu'une batterie, mais est alimenté en permanence en carburant (par exemple l'hydrogène) et en comburant (par exemple l'oxygène de l'air). Une pile à combustible utilise la réaction de l’hydrogène et de l’oxygène pour produire de l’énergie électrique, l’eau étant le seul déchet. En bref : hydrogène+oxygène=pile à combustible.
Comment une pile à combustible produit-elle de l’électricité ?
Une pile à combustible produit de l'électricité grâce à un réaction électrochimique: À l'anode (le pôle négatif), l'hydrogène est divisé en protons et en électrons par un catalyseur. Les électrons circulent à travers un circuit externe jusqu'à la cathode (la borne positive), produisant du courant électrique. A la cathode, les électrons réagissent avec l'oxygène et les protons provenant de l'anode pour former de l'eau. Le résultat est la conversion de l’énergie chimique en énergie électrique.
L’hydrogène et les piles à combustible sont-ils identiques ?
Non , l’hydrogène et les piles à combustible ne sont pas la même chose. L'hydrogène est un élément chimique et un carburant possible. Une pile à combustible est un appareil qui utilise un combustible et un comburant tel que l'oxygène pour produire de l'énergie électrique. L'hydrogène peut être utilisé comme combustible dans une pile à combustible.
Quels sont les avantages et les inconvénients d’une pile à combustible ?
Les piles à combustible permettent une production d'énergie efficace et à faibles émissions, mais avec des défis en termes de coût, d'infrastructure et de durabilité.
Avantages d'une pile à combustible :
- faible émission: Lorsqu’elle utilise de l’hydrogène, une pile à combustible ne produit que de l’eau comme déchet.
- Hauteur Efficacité: Les piles à combustible peuvent être plus efficaces que les moteurs à combustion conventionnels.
- Continu Production d'énergie : Tant que du combustible et du comburant sont fournis, la cellule produit en permanence de l'électricité.
- Plus tranquille Fonctionnement : Les piles à combustible fonctionnent silencieusement par rapport aux moteurs à combustion.
Inconvénients d'une pile à combustible :
- Frais: Les technologies actuelles sont souvent coûteuses, notamment lorsqu'elles utilisent des catalyseurs à base de métaux précieux.
- hydrogèneinfrastruktur: La disponibilité et la distribution de l'hydrogène peuvent être limitées.
- Stockage ainsi que Transport: L'hydrogène nécessite des conditions particulières de stockage et de transport en raison de sa faible densité et de sa réactivité.
- vie: La durée de vie et la longévité de certains types de piles à combustible peuvent être limitées.
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Wolfgang Weber est Global Industry Manager pour les énergies renouvelables chez Pepperl+Fuchs.