Conception et réalisation d’un banc d’essai pour la production de l’énergie via la pile à combustible de type PEM

Abstract

تميزت خاليا الوقود لسنوات عديدة بتطورها الملحوظ، حيث تُعدّ ناق وخاصة الهيدروجين كوقود اال لتحويل الطاقة الكيميائية، ويجري حالياا تطوير العديد من الرؤى 60%.والهواء كمؤكسد، إلى كهرباء وحرارة، وتحقق ذلك بكفاءة عالية تصل إلى ا البحثية حول أدائها على مختلف المستويات، وهو أمٌر غير ُمستغرب، نظ ارا لمواجهتها تحديات الطاقة، كبدي وخاصة ل للوقود األحفوري، وبالتالي مساهمتها في إزالة الكربون، باإلضافة إلى تخزين الطاقة المتجددة، وبالتالي تحقيق استقاللية .الطاقة المحلية كانت هذه الرسالة جز اء بائية لخاليا الوقود، وتحديداا تقنية غشاء تبادل البروتون، وهي ا من دراسة أداء للخصائص الكهر درجة حرارة تشغيل منخفضة نسبياا، وسرعة بدء تشغيل، وعدم :خيار مدروس جيداا من حيث جودة األداء، والتي ستُالحظ بمثيالته ا حساسية لثاني أكسيد الكربون في الهواء، وإلكتروليت صلب، وعمر افتراضي أطول مقارنة من اإللكتروليتات دُعمت دراسة تصميم منصة االختبار التجريبية بدراسة .السائلة، وتبسيط تصنيعها نسبياا، وخاليا وقود أكثر مراعاةا للبيئة نمذجة تتضمن المعلمات الكهروكيميائية، المعروضة في الفصل الثاني، وعمليات محاكاة لتسليط الضوء على آثار هذه .المعلمات على الكفاءة الكلية، والتي تناول الفصل األخير الجزء الرئيسي منها ، النمذجة، األداء، PEMFC، الهيدروجين، التشغيل، غشاء تبادل البروتون، PACخلية الوقود، :الكلمات المفتاحية .الكهروكيميائية، المحاكاة، مقعد االختبار، التأثير Les piles à combustibles se font démarquer depuis de nombreuses années de par leur évolution assez remarquable, dans leur mission de vecteur conversion d’énergie chimique notamment l’hydrogène comme combustible et l’air comme comburant en électricité et en chaleur, elle y parvient avec grande efficacité atteignant les 60%. De nombreuses perspectives de recherches sur sa performance à divers niveaux se voient développées, rien de surprenant, compte tenu qu’elle répond aux défis énergétiques notamment l’alternative aux énergies fossiles donc la contribution à la décarbonation, ainsi que le stockage de l’énergie renouvelable donc l’autonomie énergétique locale. Ce mémoire s’est inscrit dans le cadre d’une étude de performance des caractéristiques électriques des piles à combustible plus exactement la technologie à membrane échangeuse de protons, un choix bien réfléchis en qualité de performance dont on retiendra : température de fonctionnement relativement basse, démarrage rapide, insensibilité au CO2 dans l’air, électrolyte solide, durée de vie par rapport à ceux des électrolytes liquides, son industrialisation assez simplifiée, plus écologique des piles à combustibles. L’étude de conception du banc d’essai expérimental s’est fait appuyer par une étude de modélisation incluant les paramètres électrochimiques, présenté dans le chapitre 2 et des simulations pour mettre évidence les effets de ces paramètres sur l’efficacité globale dont l’essentiel a concerné le dernier chapitre. Mots clés : Pile à combustible, PAC, Hydrogène, fonctionnement, Membrane échangeuse de proton, PEMFC, modélisation, performance, Électrochimique, Simulation, banc d’essai, Influence : ߟߊߛߙߎ߬ߢߊ߬߬ ߞߎߙߊ߲ ߛߌߡߌߦߊ ߓߋ߫߫ ߡߌ߲߫ ߘߐ ߥߊ ߕߌ ߝߐ߫߫ ߣߵߊ߫߬ ߌ ߟߊ߫߫ ߓߊ ߙߊ ߞߊ߫߫ ߎ߫߬ ߞߏߛߐ߲߫߬ ߢߎߡߊ߲ ߦߙߌߥߊߟߌ ߞߊ߫߫ ߎ߫߬ ߠߊ߫߫ ߗߊߡߊ߲ ߛߊ߲ ߓߐߙߊ߫߫ ߛߍߟߌߥߵ ߕߊߖߌ ߑ ߝߎ߲ ߕߋߣߌ ߣߌ߬߬߫ߊ ߦߋ߫߫ ߞߎߙߊ߲ ߞߍ߫߫ ߞߊ ߏߞߛߌߘߌ ߝߐ߫߫ ߣߵߊ߫߬ ߌ ߝߌߢߍ ߊ߬ߣߌ߫ ߕߊߖߌ ߝߐ߫߫ ߣߵߊ߫߬ ߌ ߤߌߘߙߏߖߌ ߟߊ ߦߊ ߣߋ ߞߙߍ߲ ߞߙߍ߲߫ ߢߍߟߍ߲߫ ߓߊߓߎ ߕߍ߫߫ ߏ߫߬ ߑ ߠߊ߫߫ ߗߊߡߊ߲ ߛߜ߭ߎߦߊ ߦߙߐ ߞߊ߲ ߓߊ ߙߊ ߞߊ߫߫ ߊ ߞߍ߫߫ ߓߋ߫߫ ߗߊߡߊ߲ ߢߣߌߣߌ߲߫ .ߡߊ߫߬ %߆߀ ߛߋ߫߫ ߞߊ߫߬ ߦߋ߫߫ ߓߊ ߣߊ߬ߝߊ ߞߍ߫߫ ߞߊ߫߬ ߛߋ߫߫ ߓߋ߫߫ ߏ߫߬ ߓߋ߫߫ ߊ߫߬ ߑ ߏ߬ߟߊ߫߫ ߑ ߝߊߟߋ߲߫ ߕߊߖߌߥߵ ߑ ߟߊ ߦߊ ߣߋ ߞߍ߬ߙߍ߲߬ߞߍ߬ߙߍ߲ ߞߍߙߍ߲߫ ߑ ߡߊ߫߬ ߜ߭ߟߍߦߊߥߵ ߞߎߙߊ߲ ߘߌ߫ ߖߊ߬ߓߌ߬ ߓߋ߫߫ ߊ߫߬ ߞߏ߫߫ ߘߐ߲߫߫ ߞߵߊ߫߬ ߑ ߦߋ߫߫ .ߦߙߍ߬ߞߟߏ ߞߎߙߊ߲ ߛߜ߭ߌߘߊ ߑ ߟߊ߬߬߫߫ߏ ߑ ߡߙߊߟߌ ߞߎߙߊߥߵ ߞߎߙߊ߲ ߊ߬ߣߌ߫ ߑ ߟߊ߫߫ ߘߞߙߓߏߣߌߛߊߟߌ ߞߍ߫߫ ߘߍ߬ߡߍ ߝߙߍ ߡߍߓߙߎ ߝߊߟߋ߲߫ ߔߙߏߕߏ߲߫ ߟߊ ߦߊ ߣߋ ߞߙߍ߲ ߞߙߍ߲߫ ߟߊ߫߫ ߛߍߣߌߥߵ ߕߊߖߌ ߟߊ ߘߐ ߞߊ߬ߟߊ߲ ߞߍߗߜ߭ߏ ߞߎߙߊ߲ ߓߋ߫߫ ߞߎ߲߫ ߌ߲߫ ߜ߭ߊߝߋ ߣߌ߲߫ ߘߏ߲߲߬߫ߟߋ ߘߜ߭ߐߦߊ ߝߎ߲ ߕߋߣߌ ߕߙߊߞߍߟߌ : ߖߊߕߋߡߌߣߍ ߓߋ߫߫ ߡߌ߲߫ ߟߊ ߞߏ ߢߎߡߊ߲ ߓߙߊ ߘߏ߲߫ ߣߋ ߖߊߕߋߡߌߣߍ ߡߌ߲߫ ߘߐ ߛߎߜ߭ߊ߲ߘߟߌ ߛߌ߰ߥߟߊ ߞߘߐߓߐߟߌ߫ .ߟߎ߫߬ ߝߏߋ ߕߊߖߌ ߓߐ߰ߝߍ ߟߊ ߞߏ ߌߛߣߌ ߖߍߟߋ߲߫ ߋߟߍߞߌߕߋߟߕߌ ߞߣߐ߫߫ ߝߌߢߍ ߟߊ 2CO ߕߋߟߌ߲߫ ߘߊߡߌߣߍ ߡߍ߲߫ ߸ ߘߐ߫߫ ߡߍ߲߫ ߦߋ߫߫ ߟߎ߫߬ ߟߊ߬ߓߍ߲߬ߢߐ߲߰ߡߦߊ߬ߘߊ ߖߎ߲ ߛߊ-ߢߎߡߍ ߸ ߟߊ߬߬߫߫ߟߋ ߘߏ߫߫ ߢߊߢߌߣߌ߲ߠߌ߲߫ ߗߋ߫߭ ߘߊ߫߫ ߞߘߐߓߌ߲ߓߌ߲߫ ߢߊߢߌߣߌ߲ߠߌ߲߫ ߛߏ ߙߏߟߌ ߛߋߞߏߦߊ ߟߊ߫߫ ߟߊ߲ߞߣߍߡߊ߫߫ ߠߊ߬߬ߝߏ߲߬ߝߏ߲߫ ߠߎ߫߫ ߢߌ߲߬ ߟߊ߬ߓߍ߲߬ߢߐ߲߰ߡߦߊ߬ߘߊ ߞߊ߬ߟߊߥߌ߬ߟߌ߫ ߠߎ߫߬ ߟߊ߬ߘߍ߲߰ߠߌ߲߫ ߣߌ߫ ߊ߫߬ ߸ ߘߐ߫߫ ߂ ߛߌ߰ߘߊ ߦߌ߬ߘߊ߬ߣߍ߲߫߫ ߠߎ߫߬ .ߡߊ߫߬ ߟߊߓߊ߲ ߛߌ߰ߘߊ ߟߐ߬ߣߍ߲߫߫ ߞߟߏߡߊ ߝߊ߲߫߬ ߡߍ߲߫ ߸ ߞߊ߲߫߬ ߝߘߏ߬ߓߊ߬ߡߊ ߗߜ߭ߏߦߊ ߗߜ߭ߏߦߊ ߡߏߘߟߌ PEMFC ߡߍߓߙߎ ߝߊߟߋ߲߫ ߔߙߏߕߏ߲߫ ߕߙߊ ߤߌߘߙߏߖߌ PAC ߛߍߟߌ ߕߊߖߌ :ߜ߭ߎߡߊ߲ߥߵ ߞߎߡߊ ߣߐ ߢߍߣߊߖߍ ߢߍߣߊߖߍ ߟߊߘߍߟߌ ߋߟߍߞߌߕߙߎߛߌߡߌ Abstract: Fuel cells have been noted for many years by their quite remarkable evolution, in their mission as a vector for converting chemical energy, in particular hydrogen as fuel and air as oxidant, into electricity and heat, it achieves this with a high efficiency reaching 60%. Many research perspectives on its performance at various levels are being developed, not surprisingly, given that it meets energy challenges, in particular the alternative to fossil fuels and therefore the contribution to decarbonization, as well as the storage of renewable energy and therefore local energy autonomy. This dissertation was part of a performance study of the electrical characteristics of fuel cells, more specifically proton exchange membrane technology, a well-considered choice in terms of performance quality, which will be noted: relatively low operating temperature, rapid startup, insensitivity to CO2 in the air, solid electrolyte, lifetime compared to those of liquid electrolytes, its fairly simplified industrialization, more ecological fuel cells. The design study of the experimental test bench was supported by a modeling study including the electrochemical parameters, presented in chapter 2 and simulations to highlight the effects of these parameters on the overall efficiency, the main part of which concerned the last chapter. Keywords: Fuel cell, PAC, Hydrogen, operation, Proton exchange membrane, PEMFC, modeling, performance, Electrochemical, Simulation, test bench, Influence