Présentation

Cette séance présente des généralités sur les piles à combustible, considérées comme des composants énergétiques destinées à être intégrées dans des systèmes variés plus complexes. Conformément au parti pris retenu pour l’ensemble de ce module de formation, l’approche retenue consiste à caractériser la pile à combustible par un petit nombre de paramètres permettant d’en prédire les performances et d’assurer les interactions avec le reste du système.

Pour plus de compléments sur les piles à combustible, on pourra se référer au lien ci-dessous, qui propose le téléchargement de nombreuses fiches techniques et documents intéressants :

site de Association Française pour l’Hydrogène et les Piles à Combustible (AFHYPAC)

Cette séance sera complétée par diverses séances d’exercice qui montreront comment réaliser en pratique des classes externes pour créer des composants piles à combustible dans Thermoptim.

Pour commencer, dans la séance S61, nous étudierons une pile à combustible à oxyde solide à haute température, dite SOFC, alimentée en hydrogène pur, en utilisant un modèle très simple à deux paramètres. Nous montrerons comment établir le bilan des espèces et celui des énergies mises en jeu.

Dans la séance S62, le modèle précédent sera progressivement affiné, d’abord par la prise en compte de l’équation de polarisation de la pile, puis en introduisant un refroidissement de la pile. Enfin, un exercice montrera comment coupler la pile à une turbine à gaz pour former une installation de cogénération à haut rendement.

Dans la séance S63, nous verrons comment modifier les modèles établis précédemment pour remplacer l’hydrogène par un combustible comme le méthane.

La séance S64 traitera du problème du reformage, c’est-à-dire de la manière de transformer des hydrocarbures en gaz de synthèse permettant d’alimenter en hydrogène la pile à combustible PEMFC étudiée précédemment.

La séance S65 permettra de modéliser une pile à combustible à membrane échangeuse de protons à basse température, dite PEMFC.

Ces séances, et notamment les deux dernières, sont basées sur des développements réalisés par MM. Rudolf Metkemeijer et Charles-Emile Hubert, du Centre Energétique et Procédés à Sophia Antipolis, que nous remercions pour leur contribution.