Brevet FR3126066A1 — publié le 20230210

Système pour produire, stocker et distribuer du gaz Hydrogène et de l’électricité en utilisant une alimentation en gaz ou biogaz. Les système est constitué d’un reformeur (1) pour la séparation de l’hydrogène contenu dans le gaz ou biogaz, d’un compresseur (2) pour la compression de l’hydrogène, d’un réservoir haute pression (3) pour le stockage de l’hydrogène, d’une pile à combustible (4) pour la production d’énergie électrique, d’un système ORC (5) pour la valorisation de l’énergie calorifique issue de la pile à combustible (4) et du reformeur (1) en énergie électrique, d’un système électrotechnique de conversion, synchronisation et gestion de l’énergie électrique (6) issue de la pile à combustible (4) et du système ORC (5), d’un système de stockage (7) de l’énergie électrique produite par la pile à combustible (4) et le système ORC (5), un système de distribution et de comptage de l’énergie électrique (8) stockée dans le système de stockage (7), d’un système de détente (9), d’un sous-système de distribution et de comptage (10) du gaz Hydrogène stocké dans le réservoir (3), d’un compresseur (11) permettant la compression du CO2 issue du reformeur (1) et son stockage dans un réservoir (12), d’un sous-système de distribution et de comptage du CO2 (13) stocké dans le réservoir (12), d’un sous-système d’analyse, gestion et régulation des sous-systèmes (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13). Le dispositif selon l’invention est destiné à produire, stocker et distribuer du gaz Hydrogène et de l’énergie électrique avec un haut rendement énergétique, en utilisant du gaz ou biogaz. Système de production autonome d’hydrogène et électricité à partir de gaz naturel et biogaz La présente invention concerne un système, composé de sous-systèmes, permettant de produire et de distribuer du gaz Hydrogène et de l’électricité en utilisant le gaz ou biogaz issue du réseau gazier, d’un méthaniseur ou tout autre procédé. Le système selon l’invention permet de : Stocker et distribuer l’hydrogène et l’électricité aux différentes solutions de mobilité électrique et Hydrogène, de type terrestre, maritime, aéronautique, ferroviaire ; Produire de l’énergie électrique à destination du réseau électrique = micro-génération Les solutions de recharge actuelles pour la mobilité électrique nécessitent un raccordement sur le réseau électrique, impactant proportionnellement à la puissance de recharge recherchée, ce même réseau Les solutions de recharge pour la mobilité hydrogène, pratiquement inexistantes actuellement, nécessitent une production en masse et délocalisée, impliquant la mise en place d’une logistique complexe de transport, par les caractéristiques moléculaires de l’hydrogène Les solutions de production d’Energie Electrique Renouvelable faisant appel aux technologies actuelles, Photovoltaïque, Eolien, hydraulique et de cogénération nécessitent des surfaces et infrastructures importantes, couteuses, impactant le paysage, l’environnement direct, avec des efficacités énergétiques ne dépassant pas 50% Le système selon l’invention permet de produire localement de l’énergie électrique verte car issue de la biomasse (Biogaz 100%), grâce à une infrastructure optimisée, limitant ainsi la surface au sol, l’impact visuel et avec un impact nul sur l’environnement direct Le système selon l’invention est composé de plusieurs briques ou sous-systèmes technologiques existantes et/ou développées spécialement, dimensionnées et couplées de façon à obtenir une efficacité énergétique supérieure à 70%. En effet, le système selon l’invention est composé d’une pile à combustible permettant de générer de l’énergie électrique, avec des rendements variant de 60 à 75% selon les technologies. L’adjonction d’un système, dit ORC, de valorisation de l’énergie calorifique issue de la pile à combustible permet de générer de l’énergie électrique avec un rendement de 10 à 15%. Le système selon l’invention permet donc de produire de l’énergie électrique avec un rendement global de 70 à 85%, ponts de conversion déduits Le système selon l’invention est composé d’un reformeur permettant de produire par réaction endothermique de l’hydrogène issue du gaz ou Biogaz. Ce process nécessite une énergie calorifique afin de monter en température de la vapeur d’eau. Le système selon l’invention permet de récupérer l’énergie calorifique issue de la pile à combustible, optimisant ainsi le rendement énergétique du process Le système selon l’invention permet grâce à sa conception de produire du gaz Hydrogène et de l’électricité en ne réémettant que le CO2 issue de la biomasse (Biogaz) et de l’eau = Cercle vertueux, permettant de définir cette énergie électrique et ce gaz Hydrogène comme étant vert. Le système selon l’invention permet également de récupérer le CO2 « vert » issue du process de reformage du Biogaz, le stocker et valoriser ce gaz auprès des industries nécessitantes ou directement avec l’adjonction de briques technologiques dédiées. Les figures annexées illustrent l’invention : La représente le dispositif de l’invention utilisant le sous-ensemble de production d’énergie électrique, de technologie PEM La représente le dispositif de l’invention utilisant le sous-ensemble de production d’énergie électrique, de technologie SOFC ; En référence à ces figures, le dispositif de l’invention comporte : Un sous-système (1) de reformage du gaz/biogaz en Hydrogène ; Un sous-système (2) de compression de l’hydrogène issue du reformeur ; Un sous-système (4) de stockage de l’hydrogène issue du reformeur (1) et comprimé par le compresseur (2) ; Un sous-système (4) de production d’énergie électrique utilisant la technologie de la pile à combustible de type PEM (Proton Exchange Membrane), SOFC (Solid Oxide Fuel Cells); Un sous-système (5) dit ORC (Organic Rankine Cycle) qui permet de produire de l’énergie électrique en valorisant l’énergie fatale (Energie Calorifique) issue des deux sous-systèmes précédemment listés (1) et (6) ; Un sous-système (6) de gestion, conversion et de synchronisation au réseau électrique pour la réinjection du surplus d’énergie électrique produite par les sous-systèmes précédemment listés (4) et (5) ; Un sous-système (7) de stockage de l’énergie électrique produite par les deux sous-systèmes précédemment listés (4) et (5), et pouvant être composé de différentes technologies non limitatives : Lithium ion, sel, … ; Un sous-système (8) de distribution et de comptage de l’énergie électrique issue du sous-système de stockage précédemment listé (7) ; Un sous-système (9) de détente de l’hydrogène ; Un sous-système (10) de distribution et de comptage du gaz Hydrogène issue du réservoir de stockage ; Un sous-système (optionnel) de compression du CO2 (11) issue du reformeur (1) ; Un sous-système (12) (optionnel) de stockage du gaz CO2 issue du reformeur (1), et comprimé par le compresseur (11) ; Un sous-système (optionnel) de distribution et de comptage du gaz CO2 (13) issue du réservoir (12) ; Un sous-système de gestion et de régulation des sous-ensembles précédemment listés (1), (2), (3), (4), (5), (6), (7), (8), (9), (10) ,(11), (12) et (13) ; Le système selon l’invention est destiné à de multiples applications non limitatives telles que : Point de recharge / distribution d’hydrogène et d’électricité neutre en carbone pour les véhicules électriques et hydrogènes et de micro-génération électrique pour le réseau local ; Point de recharge / distribution d’hydrogène et d’électricité neutre en carbone pour tous types de transports ; Système embarqué de production d’hydrogène et d’électricité neutre en carbone ; De manière préférentielle, le système permettant de produire de l’hydrogène (gaz) et de l’énergie électrique comporte : Un reformeur (1) permettant de produire de l’hydrogène issue d’une alimentation en gaz ou biogaz, Un compresseur (2) et un réservoir (3) haute pression permettant de compresser et stocker cet hydrogène, Une pile à combustible (4) de technologie PEM, SOFC permettant de produire de l’énergie électrique en utilisant l’hydrogène issue du sous-système de reformage (1) (2) (3) ou / et, en utilisant directement l’alimentation en gaz ou biogaz, Un sous-système dit ORC (5) permettant de valoriser l’énergie calorifique issue de la pile à combustible (4) et du reformeur (1), Un sous-système de gestion, conversion, synchronisation et comptage (6) permettant de réinjecter l’énergie électrique sur réseau électrique local, Un sous-système de stockage d’énergie électrique (7) permettant de restituer l’énergie électrique via un sous-système de distribution et de comptage (8), Un sous-système de distribution et de comptage de l’hydrogène (10) issue du réservoir (3) via le sous-système de compression (2) ou via le système de détente (9), Un compresseur (11) permettant de comprimer le CO2 issue du reformeur (1), Un réservoir (12) de stockage du CO2 issue du reformeur (1) et comprimé par le compresseur (11), Un système d’analyse, de gestion et de régulation de tous les sous-ensembles (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9 (10) (11) (12) (13). Système permettant de produire de l’hydrogène (gaz) et de l’énergie électrique, caractérisé en ce qu’il comporte un reformeur (1) permettant de produire de l’hydrogène issue d’une alimentation en gaz ou biogaz, un compresseur (2) et un réservoir (3) haute pression permettant de compression et stocker cet hydrogène, une pile à combustible (4) de technologie PEM, SOFC permettant de produire de l’énergie électrique en utilisant l’hydrogène issue du sous-système de reformage (1) (2) (3) ou / et, en utilisant directement l’alimentation en gaz ou biogaz, un sous-système dit ORC (5) permettant de valoriser l’énergie calorifique issue de la pile à combustible (4) et du reformeur (1), un sous-système de gestion, conversion, synchronisation et comptage (6) permettant de réinjecté l’énergie électrique sur réseau électrique local, un sous-système de stockage d’énergie électrique (7) permettant de restituer l’énergie électrique via un sous-système de distribution et de comptage (8), un sous-système de distribution et de comptage de l’hydrogène (10) issue du réservoir (3) via le sous-système de compression (2) ou via le système de détente (9), un compresseur (11) permettant de comprimer le CO2 issue du reformeur (1), un réservoir (12) de stockage du CO2 issue du reformeur (1) et comprimé par le compresseur (11), un système d’analyse, de gestion et de régulation de tous les sous-ensembles (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9 (10) (11) (12) (13).