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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

Pile à combustible pour la cogénération
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

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DOI (Digital Object Identifier)

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


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2. Pile à combustible pour la cogénération

2.1 Principe de la pile à combustible

Découverte en 1839 par Sir William Grove, la pile à combustible présente la particularité d'utiliser deux gaz, l'hydrogène et l'oxygène, comme couple électrochimique [D 3 340]. Les réactions d'oxydoréduction présentes dans la pile sont donc particulièrement simples :

  • à l'anode :

  • à la cathode :

Le principe de fonctionnement d'une pile à combustible est représenté à la figure 5 dans le cas de la pile à membrane échangeuse de protons (PEMFC). Les réactions électrochimiques se réalisent au sein d'un ensemble de deux électrodes séparées par un conducteur protonique, appelé assemblage membrane électrodes (AME). L'électrolyte est une membrane polymère conductrice protonique. Les matériaux les plus communément utilisés sont des polymères perfluorés tels le Nafion® (figure 5) constitué d'un squelette Téflon sur lequel sont greffés des radicaux sulfonés (–SO3H) assurant la mobilité des ions H+ en milieu hydraté de l'anode vers la cathode. Les deux réactions s'effectuent à l'interface entre l'électrolyte et l'électrode en présence d'un catalyseur,...

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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

HAUT DE PAGE

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 - -

HAUT DE PAGE

3 Annuaire

HAUT DE PAGE

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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