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Article

1 - PRINCIPES GÉNÉRAUX DE LA COGÉNÉRATION

2 - PILE À COMBUSTIBLE POUR LA COGÉNÉRATION

3 - EXEMPLES DE RÉALISATION

4 - AVANTAGES DE LA PILE À COMBUSTIBLE

5 - CONCLUSION

6 - ANNEXE – DONNÉES STATISTIQUES ET ÉCONOMIQUES

Article de référence | Réf : D3360 v2

Exemples de réalisation
Pile à combustible et cogénération

Auteur(s) : Thierry PRIEM

Date de publication : 10 févr. 2014

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Auteur(s)

  • Thierry PRIEM : Responsable Programme Hydrogène et Piles à Combustible - CEA-LITEN, Grenoble, France

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INTRODUCTION

Face aux défis environnementaux et économiques liés au marché de l'énergie, il convient de développer et commercialiser des systèmes énergétiques à haut rendement. Dans ce contexte, la cogénération – production à partir d'une source unique d'électricité et de chaleur – prend tout son sens en raison de rendement de conversion global (électrique + thermique) supérieur à 85 %.

Parmi les diverses technologies employées, les piles à combustible ont pour atout majeur de présenter les plus hauts rendements de conversion électrique, au-delà de 35 %. Par ailleurs, l'ensemble des technologies de piles à combustible permettent de concevoir des systèmes de cogénération dans un très large spectre de puissance : depuis quelques kilowatts (micro-cogénération domestique) jusqu'à plusieurs mégawatts (immeubles collectifs, commerces, bâtiments publics ou industriels).

De plus, la possibilité offerte par certaines technologies pile à combustible de travailler à haute température (jusqu'à 1 000 oC) permet la transformation de la chaleur produite en électricité par l'intermédiaire d'un cycle combiné présentant dans ce cas des rendements de conversion électrique pouvant dépasser les 60 %.

Si toutefois les technologies piles à combustible nécessitent encore des innovations technologiques afin d'en augmenter les performances, tout en réduisant leur coût de production, il s'avère qu'à ce jour, les ventes de systèmes de micro-cogénération domestique basés sur la technologie pile à combustible ont largement dépassées celles des technologies concurrentes. Ce résultat a pu être obtenu grâce à des incitations publiques (en particulier en Asie) qui ont permis l'émergence de cette technologie dont la maturité technico-économique est aujourd'hui une réalité.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-d3360


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3. Exemples de réalisation

3.1 Micro-cogénération domestique

Le marché de la cogénération le plus développé actuellement concerne celui de la micro-cogénération domestique. À ce jour, plus d'une vingtaine de fournisseurs principalement basés en Asie (Japon, Corée), aux États-Unis et en Allemagne proposent des chaudières électrogènes individuelles de micro-cogénération pile à combustible de technologie PEMFC et SOFC.

Les tableaux 4, 5 et 6 donnent les caractéristiques techniques des principaux modèles commercialisés ou en démonstration, respectivement pour les piles à combustible PEMFC, HT-PEMFC et SOFC. La technologie PEMFC, en raison de sa robustesse, domine le marché. La technologie SOFC en retrait depuis plusieurs années en raison d'une durée de vie trop faible montre un regain d'intérêt en raison de son rendement électrique plus élevé (environ 45 % au lieu de 35 % pour la technologie PEMFC) et d'une durée de vie en augmentation. En revanche, la technologie HT-PEMFC est encore peu développée car elle nécessite encore des développements technologiques pour la rendre compétitive face aux deux technologies précédentes (en particulier en ce qui concerne sa durée de vie).

La gamme de puissance électrique de ces installations est typiquement comprise entre 750 W et 5 kW en fonction de la zone géographique de déploiement des systèmes (une habitation japonaise est moins gourmande en énergie que son équivalente américaine).

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3.2 Cogénération collective

Il existe par ailleurs un certain nombre d'unités de cogénération de plus forte puissance (entre quelques centaines de kilowatts à quelques mégawatts) dédiées à la production d'énergie pour des logements collectifs, des commerces, des bâtiments publics (hôpitaux, écoles...) ou des sites industriels.

Si historiquement la technologie développée pour ce type d'application a été la technologie SOFC de Siemens Westinghouse, aujourd'hui, ce sont les technologies PAFC et MCFC qui équipent la majeure partie des installations existantes. Les figures 20 et ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BOUDELLAL (M.) -   La cogénération.  -  Dunod (2013).

  • (2) - DWYER (S.) -   European smalls calecogen (sub – 100 kWe) : market status and prospects.  -  CogenerationDays 2012, Prague, 16-17 oct. 2012 http://www.delta-ee.com

  • (3) - URIAN (R.C.) et al -   Electrocatalysis of reformate tolerance in proton exchange membranes fuel cells.  -  Part I – Journal of Electroanalytical Chemistry, 554-555, p. 307-324 (2003).

  • (4) - RANGEL (C.M.), SOUSA (T.) -   Technology watch report – high temperature polymer electrolyte fuel cells.  -  ISQ – Instituto de Soldadura e Qualidade, Portugal (2011) http://www.hyrreg.eu

  • (5) - CHANDAN (A.) et al -   High temperature (HT) polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) – A review.  -  Journal of Power Sources, 231, p. 264-278 (2013).

  • (6) - BARELLI (L.) et al -   An...

1 Sites Internet

Delta Energy and Environment http://www.delta-ee.com

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2 Normes et standards

RAL-UZ 108 - 07-12 - Blue angel environmental label – Small combined heat and power (CHP) plants or cogeneration plants http://www.blauer-engel.de - -

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3 Annuaire

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3.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

Fabricants et vendeurs

PEMFC

IRD http://www.ird.dk

Ballard http://www.ballard.com

Panasonic http://panasonic.co.jp/ap/FC/en_index.html

Toshiba http://www.toshiba.co.jp/worldwide

EneosCelltech Co ...

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