L'hydrogène est appelé à jouer un rôle significatif dans la transition énergétique des combustibles fossiles vers des sources renouvelables. Il existe plusieurs méthodes de production d'hydrogène, parmi lesquelles l'électrolyse avec des électrolyseurs alcalins. Ce marché est en pleine expansion, les électrolyseurs étant souvent intégrés à de vastes champs solaires photovoltaïques et à des éoliennes pour alléger la pression sur le réseau électrique. Face à une demande en forte croissance, il est crucial d'optimiser les opérations et les performances de ces systèmes. Dans les sections suivantes, vous découvrirez comment l’utilisation d’une boucle de régulation intelligente dans les électrolyseurs alcalins permet de réduire les coûts tout en améliorant la fonctionnalité et l’efficacité. Cela semble trop beau pour être vrai ? Rassurez-vous, tout ce que vous lirez repose sur une expérience concrète avec l'un des plus grands producteurs d'électrolyseurs à hydrogène au monde !
Le défi de l'installation traditionnelle
Tout le monde ne s'intéresse pas quotidiennement aux électrolyseurs alcalins. Explorons donc comment l'hydrogène est produit par ces appareils. Cela nécessite l'utilisation d'un capteur de concentration, d'un débitmètre, d'un capteur de température, d'une boucle de régulation et d'un automate programmable (PLC) avec le logiciel adéquat. En d'autres termes, il s'agit d'un ensemble complexe de régulation qui pourrait vous sembler familier.
Ce qu'il faut savoir sur les électrolyseurs alcalins
Dans un électrolyseur alcalin, l'hydrogène est produit en divisant les molécules d'eau (H2O) en oxygène (O2) et en hydrogène (H2). Ce processus nécessite d'appliquer une tension électrique à deux électrodes plongées dans un bassin d'eau. Pour que les électrons, essentiels à cette réaction, circulent d'une électrode à l'autre, l'eau doit être électriquement conductrice. Cette conductivité optimale est atteinte en ajoutant du KOH à l'eau déminéralisée.
À mesure que la réaction de division de l'eau progresse, il est nécessaire d'ajouter de l'eau déminéralisée en quantité appropriée pour maintenir la concentration de KOH à son niveau idéal. Étant donné que cette réaction est exothermique, l'eau dans le bassin doit également être circulée pour garantir une distribution homogène de la température et rester dans les limites de fonctionnement sécurisées.
L'ensemble complexe de régulation habituel
Actuellement, la concentration de KOH est mesurée à l'aide de capteurs qui ne fonctionnent pas en continu, ou bien elle est estimée grâce à des appareils appelés débitmètres massiques Coriolis. Dans les deux cas, les informations recueillies sont envoyées à un automate programmable (PLC), qui contrôle ensuite une vanne régulant l'entrée d'eau déminéralisée dans l'électrolyseur. De plus, pour assurer un bon fonctionnement, il est également nécessaire de surveiller le flux du mélange d'eau et de KOH. Cela nécessite l'installation d'un débitmètre et d'un capteur de température. Cependant, si l'on utilise un débitmètre massique Coriolis, l'installation d'un autre débitmètre n'est pas toujours indispensable.
En examinant cet ensemble de régulation, on trouve un capteur de concentration, un débitmètre, un capteur de température, une vanne de régulation, et un automate programmable (PLC) avec le logiciel associé. L’utilisation de tous ces capteurs individuels a des répercussions sur la construction mécanique et électrique, le travail d’installation, ainsi que sur l’intégration matérielle et logicielle dans le PLC. Cela influence également le comportement dynamique de l’ensemble du système. En résumé, nous avons ici un système complexe avec des défis à relever pour optimiser son fonctionnement, mais aussi une belle opportunité d’amélioration.
Optimisation des électrolyseurs alcalins
Comme nous l'avons déjà mentionné, la demande d'hydrogène connaît une croissance considérable. L'ensemble complexe de régulation habituel limite les capacités de régulation et de suivi, manque d'efficacité, et sa complexité nuit au comportement dynamique et à l'amélioration continue. Alors, comment surmonter ces défis tout en garantissant des données précises, un temps de disponibilité élevé, et une régulation de flux à la fois précise, stable et rapide ?
Élimination de la complexité
Présentons le FOCUS-ON. Ce système innovant intègre une boucle de régulation intelligente, un débitmètre ultrasonique, des capteurs de température et de pression, le tout combiné avec une vanne de régulation. Grâce à sa puissance de traitement et de stockage de données, le FOCUS-ON simplifie l'ensemble de l'application. Désormais, un seul dispositif suffit pour assurer à la fois la régulation de flux et la mesure de la concentration de KOH. Pour ce qui est de la régulation du flux de circulation, les capteurs intégrés (température, débit, pression) effectuent des échantillonnages à une fréquence de 10 Hz. L'algorithme de régulation PID, également intégré, permet de piloter la vanne de régulation avec une précision et une rapidité remarquables, garantissant ainsi un contrôle optimal des processus.
La mesure de la concentration de KOH, essentielle pour réguler le flux d'eau déminéralisée, est une fonctionnalité standard intégrée au système. Elle est générée par une combinaison astucieuse des signaux des capteurs disponibles (vitesse sonore, température, pression). Aussi rapide que les autres mesures, avec une fréquence de 10 Hz, elle offre une précision remarquable (<0,4 % d'incertitude relative) et fait partie des caractéristiques standard de la boucle de régulation intelligente FOCUS-ON.
Avantages pour le client de la boucle de régulation intelligente
En résumé, les bénéfices d'une boucle de régulation intelligente par rapport aux installations traditionnelles sont considérables. Voici les principaux avantages pour l'un des plus grands producteurs d'électrolyseurs à hydrogène au monde :
- L'installation d'un seul dispositif permet d'économiser de l'espace et des coûts, tout en simplifiant le système.
- Des économies significatives grâce à l'intégration de la mesure de flux, de la mesure analytique et de la régulation en un seul appareil.
- Une mesure de la concentration de KOH, rapide et précise, intégrée au dispositif.
- Performance de régulation optimale grâce à une fréquence de mesure élevée et à un jumeau numérique.
- Capacités de régulation et de suivi complètes.
- Efficacité accrue de l'opération de l'électrolyseur grâce à une régulation de flux précise, stable et rapide.
- Des insights supplémentaires sur les données garantissent un temps de disponibilité élevé de l'électrolyseur.
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FOCUS-1 utilisé dans un électrolyseur alcalin
- FOCUS-1 DN 50 Vanne de comptage intelligente pour débit de circulation d'eau/KOH
- FOCUS-1 DN 50 Smart Meter Valve pour débit d'eau déminéralisée
- FOCUS-1 DN 100 Smart Meter Valve pour le croisement de KOH
