Maintenance des stations d'hydrogène

de l'importance des connaissances spécialisées

het onderhoud aan dit type stations, dat wezenlijk anders is dan onderhoud aan grote industriële installaties die al jaren op waterstof draaien — La maintenance des stations-service d'hydrogène est sensiblement différente de celle des grandes installations industrielles fonctionnant à l'hydrogène

Dans le Benelux, le nombre de stations-service où les voitures et les camions peuvent faire le plein d'hydrogène au lieu de l'essence et du diesel est en augmentation. À Rhoon aux Pays-Bas, entre autres, la maintenance préventive et corrective est assurée par Stork Calibration & Instrumentation Services Rotterdam. Ces dernières années, de nombreuses connaissances et expériences ont été acquises en matière de maintenance de ce type de station, qui est fondamentalement différente de la maintenance des grandes installations industrielles qui fonctionnent à l'hydrogène depuis des années.

Stations-service

La popularité de l'hydrogène comme carburant pour les véhicules est croissante. Et à juste titre. Alors que la combustion de l'essence, du diesel et du GPL s'accompagne toujours d'émissions indésirables – notamment de CO₂ et de particules – le seul sous-produit d'une pile à combustible à hydrogène: l'eau. En outre, le prix de l'hydrogène (€/km) est devenu compétitif par rapport à l'essence et au diesel normaux.. Dans l'industrie automobile, les pilotes nécessaires ont donc été réalisés, ce qui a permis de faire rouler des voitures commerciales, des bus, des trains et des camions à l'hydrogène.

Air Liquide, producent van industriële gassen, bijvoorbeeld een waterstoftankstation in Rhoon — Air Liquide a construit une station-service d'hydrogène à Rhoon

Pour une mise en œuvre sérieuse des véhicules à hydrogène dans la pratique, un véhicule adapté ne suffit pas. Il faut aussi produire suffisamment d'hydrogène et, bien sûr, les véhicules doivent avoir un endroit où faire le plein d'hydrogène. À cette fin, un nombre limité de stations ont été construites aux Pays-Bas et en Belgique ces dernières années, mais elles se développent rapidement. Par exemple, Air Liquide, un producteur de gaz industriels, a construit une station-service d'hydrogène à Rhoon – à proximité immédiate du Botlek – et à Zaventem.

À l'époque (2014), Rhoon était la deuxième station-service à hydrogène des Pays-Bas. À l'époque, il n'y avait pas beaucoup de connaissances et d'expérience sur les besoins de maintenance de ces stations. Stork, entre autres, a accumulé ces connaissances et cette expérience au fil des ans, notamment en matière de maintenance corrective et préventive, avec une équipe permanente de spécialistes. Ainsi, ces informations sont désormais disponibles de manière centralisée pour l'entreprise et, bien entendu, également sauvegardées. Un fait important, puisqu'il est prévu qu'à l'avenir, jusqu'à 180 stations d'hydrogène seront ajoutées rien qu'aux Pays-Bas.

De 70 à 800 bars

La station de Rhoon s'approvisionne en hydrogène à partir d'un pipeline qui fait partie d'un vaste réseau de canalisations d'hydrogène s'étendant au-delà des frontières néerlandaises. L'hydrogène de Rhoon provient donc directement de la Botlek. Il est transporté à Rhoon à une pression d'environ 70 bars, où il est réduit à 50 bars par un réducteur de pression.

Un compresseur moyenne pression est ensuite utilisé pour augmenter la pression à 450 bars, qui est ensuite stockée dans les tampons moyenne pression. Ensuite, le gaz passe dans le compresseur haute pression, où il est porté à une pression de 700-800 bars en deux étapes.

Door de hoge druk en de lage temperatuur kan het tanken sneller verlopen — La haute pression et la basse température permettent un ravitaillement plus rapide

Pendant le ravitaillement de la voiture, le gaz est refroidi à une température de -35 °C, tandis que la pression permet un remplissage rapide du véhicule. Le remplissage d'une voiture avec environ 5 kg d'hydrogène prend donc environ 5 minutes; un bus a besoin d'environ 20 minutes. Ce temps plus long est dû non seulement à la taille du réservoir du bus, mais aussi au fait qu'un bus fait le plein à partir d'une pression moyenne plutôt que d'une haute pression. D'autre part, aucun refroidissement supplémentaire n'est nécessaire. Les premiers essais de remplissage rapide de camions sont prévus aux Pays-Bas avec 7,3 kg/min, ce qui réduirait le temps de ravitaillement par un facteur 4.

Différence entre l'hydrogène et les combustibles fossiles
La construction des systèmes à hydrogène et la maintenance associée sont différentes des systèmes fonctionnant aux combustibles fossiles, comme le gaz naturel. Cela est dû au fait que les gaz diffèrent trop beaucoup des points spécifiques.

Pouvoir calorifique plus élevé
L'hydrogène a un pouvoir calorifique par unité de poids qui est environ 2,6 fois plus élevé à celui du gaz naturel. Cela signifie qu'avec un réservoir de seulement 5 kg, vous pouvez parcourir une longue distance (100-130 km/kg). Remarque: la valeur de combustion par unité de volume est environ trois fois inférieure à celle du gaz naturel, ce qui a une incidence sur le pouvoir calorifique lorsque vous mélangez de l'hydrogène avec du gaz naturel et certainement si vous souhaitez utiliser de l'hydrogène pur à des fins domestiques (chaudières et cuisinière) à l'avenir. La possibilité d'utiliser l'hydrogène dans un espace bâti a été démontrée dans le cadre des recherches et des essais réalisés pour le quartier de l'hydrogène de Hogeveen, dirigés par M. Stork en tant que chef du consortium de recherche.

Températures de combustion plus élevées
En outre, l'énergie d'allumage de l'hydrogène est presque quinze fois plus faible que celle du méthane. Le gaz peut donc être classé comme 'hautement inflammable', ce qui signifie que la combustion se produit rapidement à des températures élevées. Ces températures de flamme sont supérieures d'environ 300 °C à celles du gaz naturel et ont donc un impact sur la chaudière. Lorsqu'elles sont brûlées avec de l'air extérieur normal, ces températures plus élevées entraînent la production de davantage de NOx. En effet, à des températures plus élevées, les molécules d'azote se transforment plus facilement en oxydes d'azote. Heureusement, il existe des solutions techniques à ce problème et les chaudières à hydrogène peuvent également rester un facteur 3 en dessous de la valeur standard des NOx du gaz naturel. Dans les applications industrielles où la combustion se fait avec de l'oxygène pur, il n'y a évidemment pas de production de NOx..

Équipements périphériques
Les équipements existants autour du système de brûleur ne doivent pas subir de changements majeurs dans tous les cas. Souvent, il est possible d'utiliser des parties de la tuyauterie existante, à condition d'accorder une attention suffisante aux vannes et aux brides, et les instruments ATEX pertinents sont adaptés avec des instruments à hydrogène codant pour la classe de gaz IIC. Les molécules d'hydrogène étant plus petites que les molécules de gaz naturel, elles peuvent s'échapper plus facilement. Cela se traduit principalement par une perte de hydrogène, mais ne doit pas conduire à une situation dangereuse dans tous les cas. Par rapport au gaz naturel, il est même un peu plus sûr, notamment parce que l'hydrogène ne peut pas produire de CO. En cas de fuite, l'hydrogène s'évapore beaucoup plus rapidement car il est 14 fois plus léger que l'air.

Maintenance spécialisée

Étant donné que certaines installations industrielles fonctionnent à l'hydrogène depuis des années, on peut se demander pourquoi il faut accorder une attention particulière à la maintenance d'une station-service à hydrogène. Ne s'agit-il pas des mêmes installations? La réponse est non (voir également l'encadré). La principale différence réside dans les dimensions.

La principale différence entre la maintenance des installations industrielles et celle des stations-service réside dans les dimensions

L'industrie travaille avec des volumes qui sont plusieurs fois supérieurs à ceux d'une station-service moyenne pour voitures et camions. Pour les équipements correspondants - notamment les grandes vannes, les compresseurs et les réducteurs de pression - le besoin de maintenance est en effet connu et défini avec précision depuis un certain temps. Toutefois, cela ne s'applique pas au matériel beaucoup plus 'léger' utilisé dans les stations-service.

De industrie werkt met drukken en volumes die vele malen hoger liggen dan bij een gemiddeld tankstation voor auto’s en vrachtwagens — L'industrie travaille avec des volumes qui sont plusieurs fois supérieurs à ceux d'une station-service moyenne

Stork a donc mis à profit ces dernières années pour définir ces besoins de maintenance, entre autres, et a également résolu plusieurs problèmes de démarrage. Dans certains cas, d'autres composants ont été choisis et une expérience a également été acquise avec les réglages des installations. Ces dernières années, l'entreprise s'est principalement concentrée sur la maintenance corrective et préventive du matériel. Cela comprend la tuyauterie, les vannes, les unités hydrauliques, les compresseurs et les refroidisseurs.

Composants de sécurité

Être responsable de la maintenance corrective signifie: être prêt 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 à résoudre les pannes et à intervenir pour effectuer les réparations immédiatement. En outre, une maintenance préventive est effectuée. On peut distinguer l'entretien annuel et l'entretien mensuel. Dans le premier cas, il s'agit principalement d'un contrôle approfondi du compresseur, tandis que lors de la maintenance mensuelle, des inspections sont effectuées sur tous les composants matériels.

Bien entendu, l'accent est mis sur les inspections des composants de sécurité intégrés. Après tout, des pressions élevées et un gaz hautement inflammable comportent des risques supplémentaires. Heureusement, le risque d'explosion est faible, car l'hydrogène est un gaz très léger qui se dissipe immédiatement s'il s'échappe.

Formation

Outre la maintenance des stations, Stork a également été déployé pour former leurs opérateurs afin de garantir une utilisation efficace et sûre de l'installation. Pensez, par exemple, aux procédures de rinçage. Une efficacité qui n'est d'ailleurs plus à prouver: les stations concernées fonctionnent pratiquement sans problème et à la satisfaction de tous.