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7/171/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/I/I'/I/I/I/I/

7/171/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/I/I'/I/I/I/I/I/I/"'/I/I/I/I/I/I/I~/I/I/I/I/"'/I/I/"'/I/I/I/"'''/1/.I'/I/'/.I/I'/'/'/I/I/I/I?"/I/'/I/I/I/I/I/'/l/A1'7~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ UNNERSITÉ CHEIKH ANTA DIOP DE DAKAR ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ , ~ ~ ~ ~ 1 GM O"9~ 1 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ÉCOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE ~ ~ ~ ~ ~ ~ , ~ Centre de Thiès ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ Département Génie Mécanique ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 1 PROJET DE FIN D'ETUDES i ~ ~ ~ ~ ~ en vue de l'obtention du diplôme d'ingénieur de conception ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ SUJET: ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ! Etude de faisabilité d'une unité de 1 ~ ~ ~ ~ 1 production d'hydrogène par électrolyse de 1 ~ ~ 1 l'eau fonctionnant grâce à une centrale 1 1 électro-solaire thermodynamique. i ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 1 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ Auteurs: M. Mbaye SECKet M. Moussa DIOP ~ ~ ~ 1 Directeur: M. Banda NDOYE 1 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ Juillet 2007 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ L-'/I/I/I/I/171/1/I/I/I/I/I/AIPI/I/I/I/I/I/I/ .... /I/ ...... /I/I/ .......w/1/I/I/ ...../I/Al'YI/I/#'I7 .... /...../...../I/ ...../...../I/I/I/I/I/ .... /.... /...../.... /I'/I/ ..... /..... /..... /.... /..... /I/I/I/I'/ ...../...../..,../I/ ...../...../.... /I/I7 ...../I/ ...../I/ ...... /I/ ...../~'/ ...../I/lj P.F.E.Présenté par M. MbayeSECKet M. MoussaDIOP REMERCIEMENTS E.S.P.Thiès(2006- 2007) Apres avoir rendu grâce à Dieu, pour nous avoir donné le courage et la grâce d'accomplir ce travail qui est certes le fruit de notre travail mais aussi de l'appui et des conseils de quelques personnes, nous remercions : > Nos parents, pour leurs sacrifices et inlassables efforts qu'ils ne cessent de déployer afin que nous réussissions et que nous nous épanouissons; > Monsieur Banda NDOYE, Directeur du projet (enseignant à l'ESP), pour son encadrement et ses conseils; > Monsieur Cheikh THIAM, ingénieur à AIR LIQUIDE, pour sa disponibilité et ses conseils; > Monsieur Mamadou SARR, professeur à l'ESP, pour sa disponibilité et sa. collaboration ; > Monsieur Papa Mody NDIAYE, pour ses conseils; > Tous ceux qui, de prés ou de loin ont contribué à l'accomplissement de ce travail, particulièrement tout le personnel de l'ESP (centre de Thiès) et les camarades de promotion. SOMMAIRE Le but de ce travail est de faire l'étude de faisabilité technique et financière d'une centrale électro-solaire thermodynamique devant produire de l'hydrogène très pur par électrolyse de l'eau. Cette étude est effectuée pour assurer la demande au Sénégal et dans la sous région. Dans un premier temps, nous avons procédé à une étude de marché au Sénégal, auprès de AIR LIQUIDE, et dans la sous région, à travers Internet. D'après les résultats de cette étude, nous nous sommes rendus compte qu'il existe des privés méconnus dans la commercialisation du produit. La non réglementation du commerce de l'hydrogène nous pousse à estimer la demande future à 2 000 m3 par an. En second lieu, sur la base d'une étude hibliographique, nous avons énuméré toutes les utilisations actuelles de l'hydrogène, présenté d'autres méthodes de production et fait le choix de celle à adopter parmi dautres pour sun stockage qui est énergivore. Dans la partie technique, il était question d'étudier l'unité afin de choisir tous les appareils entrant dans la chaîne de production ct de modéliser le système. La simulation pour le dimensionnement de la chaîne, initialement prévue avec fORTRAN, a été annulée par manque de temps. Néanmoins, nous avons réalisé un dimensionnernent basé sur le choix de rendements théoriques des éléments du système. Quant à l'étude financière, elle constitue la phase dans laquelle a été étudiée la rentabilité du projet à travers la détermination d'indices tels que la valeur actuelle nette (VAN) et le délai de récupération des capitaux investis (DRe). Ceux-ci ont révélé que le projet n'était financièrement pas rentable. A la suite de ce travail, les résultats obtenus montrent qu'un projet de cette nature n'est pas rentable dans les pays en développement où la demande en hydrogène est trop limitée. Cependant, les avantages liés au caractère non polluant de l'hydrogène restent confirmés. Mots-clés: faisabilité - hydrogène - électre-solaire - thermodynamique - modélisation - rentabilité - VAN - DRC - dimensionnemcnt - pollution- .. If P.F.E. Présenté par M. MbayeSECKet M. MoussaDIOP LISTE DES TABLEAUX E.S.P.Thiès(2006- 2007) Tableau 1: les utilisations de l'hydrogène 6 Tableau 2 : Caractéristiques actuelles des dispositifs à concentration .34 Tableau 3 : caractéristiques du HITEC et son stockage 38 Tableau 4 : puissance des appareils 71 iii P.F.E. PrésentéparM. Mbaye SEeK et M. MoussaDIOP LISTES DES FIGITRES E.S.P.Thiès(2006- 2007) .. Figure 1 : Présentation du système 15 Figure 2 : Electrolyseur à électrodes monopolaire 19 Figure 3 : Electrolyseur à électrodes bipolaires 20 Figure 4 : Synoptique de l'alimentation stabilisée 21 Figure 5 : Systèmes à réflecteur cylindro-parabolique 28 Figure 6 : Système à réflecteur parabolique 29 Figure 7 : Système de centrale à tour. 30 Figure 8 : Schéma simplifié du système primaire .39 Figure 9 : Calcul de concentration .41 Figure 10 : Pertes par réflexion .44 Figure Il : Schéma d'un absorbeur. .45 Figure 12 : Schéma simplifié du système secondaire 57 Figure 13 : Ecoulement en présence de chicane 62 iv P.F.E.Présentépar M. Mbaye SECK et M. Moussa DIOP TABLE DES MATIERES E.S.P. Thiès (2006- 2007) REMERCIEMENTS i SOMMAIRE ~ .ii LISTE DES TABLEAUX .iii LISTE DES FIGURES '" .iv TABLE DES MATIERES v INTRODUCTION 1 CHAPITRE 1 : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE ~ 2 1 -1 : GENERALITES 2 1-2 : LES PROPRIETES DE L'HYDROGENE 2 1-3 : LES DIFFERENTES UTILISATIONS DE L'HYDROGENE 3 1-4: LES AUTRES METHODES DE PRODUCTION D'HyDROGENE 6 1-4-1 : La production à partir de combustibles fossiles 6 1-4-1-1 : Par vaporeformage 6 1-4-1-2 : Par Oxydation partielle 7 1-4-1-3 : Par Reformage auto-thermique 8 1-4-2 : La transformation thermochimique de la biomasse 8 1-4-3 : Par photolyse de l'eau 9 1-5 :LE STOCKAGE DE L'HYDROGENE 10 1-5-1 : Sous forme liquide à basse température (liquéfié) 11 1-5-2: Sous forme gazeuse sous pression (comprimé) 11 1-5-3 : Sous forme solide (hydrure métallique) 12 1-6 : CONCLUSION PARTIELLE 12 CHAPITRE II : PRODUCTION D'HYDROGENE PAR ELECTROLYSE DE L'EAU A L'AIDE D'UNE CENTRALE ELECTRO-SOLAlRE THERMODYNAMIQUE 13 11-1 : PRESENTATION DU SYSTEME 13 11-2: L'ETUDE DU SYSTEME 16 11-2-1 : Système tertiaire 16 11-2-1-1 : Electrolyse de l'eau 16 v P.F.E. Présenté par M. Mbaye SECK et M. MoussaDIOP E.S.P. Thiès(2006- 2007) 11-2-1-2: La cellule d'électrolyse 16 a: L'électrolyte 16 b : Les électrodes 17 c : Le diaphragme 18 11-2-1-3 : L'électrolyseur 18 a : Conception des appareils industriels 18 II-2-1-4 : L'alimentation électrique 20 a : Alimentation stabilisée 21 b : Le transformateur triphasé 21 11-2-2 : Système secondaire 22 11-2-2-1 : L'alternateur 22 11-2-2-2 : La turbine 25 a : Définition 25 b : Le fonctionnement 26 c : Les type de turbines 27 d : générateur de vapeur 28 II-2-3 : Le système primaire 28 11-2-3-1 : Le concentrateur 28 11-2-3-2 : Le réflecteur cylindro-parabolique 28 11-2-3-3 : Le réflecteur parabolique 29 11-2-3-4 : Les héliostats 29 11-2-4 : Les aspects techniques 30 11-2':4-1 : Concentration 30 11-2-4-2 : La Filière parabolique 31 11-2-4-3 : La filière centrale à tour (héliostats) , 32 11-2-4-4 : Filière cylindro-parabolique 33 a : Réception du rayonnement. 35 b : L'absorbeur 35 c : Le réflecteur 36 d : La concentration effective 36 e : Le fluide caloporteur 36 d : Le stockage du fluide caloporteur 37 11-3 : CONCLUSION PARTIELLE 38 vi P.F.E. Présenté parM. Mbaye SECK et M. Moussa DIOP E.S.P. Thiès (2006- 2007) CHAPITRE III: MODELISATION ET DIMENSIONNEMENTDU SySTEME 39 III-I :MODELISATION DU SYSTEME PRIMAIRE 39 III-1-1 : Introduction 39 III-1-2 : Modèle de l'ensoleillement 39 III-I-2-1 : Rappel des données astronomiques 40 III-1-2-2 : Flux incident du rayonnementsolaire 40 III-1-3 : Modèle du miroir cylindro-parabolique 41 III-1-3-1 : Calcul de la concentrationproduite par le miroir cylindro-parabolique 41 III-I-3-2 : Calcul des pertes énergétiques dues à la géométrie de la parabole 43 III-1-4 : Modèle de l'absorbeur 44 a : Les pertes par réflexion 44 111-1-4-2 :'Deuxième modèle 45 a: Transfert de chaleur entre l'absorbeur et le fluide caloporteur 47 b : Transfert de chaleur entre l'absorbeur et l'enveloppe de verre 48 c : Transfert de chaleur entre l'enveloppe de verre et l'environnement.. 48 d : Différente de temperature entre le fluide et l'absorbeur 49 III-1-5 : Modèle du débit du HITEC 51 III-1-6: Modèle de stockage 52 III-I-6-1 : Modèle du stockage « chaud» 52 III-I-6-2 : Modèle du stockage «froid» 54 a : Pertes du stockage 54 III-2) MODELIS~TION DU uploads/Ingenierie_Lourd/ pfe-gm-0498.pdf