Abstract
In this work, a new approach linked to the production of hydrogen by electrolysis of water vapor at very high temperature using a technology associating concentrated photovoltaic thermal system, parabolic through, and solar tower was proposed. The study was carried out by establishing the equations for the conservation of mass and energy in the various components constituting the thermal power plant and the electrolysis plant. Transient state simulations are carried out for two production sites in Morocco, Tangier with a Mediterranean climate and Midelt which is characterized by a semi-arid climate. The results showed that the Midelt thermal power plant offers the best technical and economic performance compared to Tangier. In fact, an increase of 8 and 6% was noted in terms of electricity produced by the Rankine cycle and by the photovoltaic field of the Midelt power plant compared to that of Tangier. The overall efficiency of “solar to electricity” was 14 and 13.8% for the Midelt and Tangier sites, respectively. The capacity factor was 32% for the Midelt plant and 29% for the Tangier one. Results indicated that Levelized costs of electricity and hydrogen for the Midelt plant were U$0.057/kWh and U$2.96/kg, respectively. The internal rate of return was 21% for the Midelt project and 17% for the Tangier one, an incremental IRR value of 22% between the two projects. Finally, the proposed production strategy can result in a significant reduction in the cost of hydrogen and electricity linked to the use of renewable sources.
Résumé
Dans ce travail, une nouvelle approche liée à la production d’hydrogène par électrolyse de vapeur d’eau à très haute température à l’aide d’une technologie associant système thermique photovoltaïque concentré, capteur cylindro- parabolique et tour solaire a été proposée. L’étude a été réalisée en établissant les équations de conservation de la masse et de l’énergie dans les différents composants constituant la centrale thermique et l’installation d’électrolyse. Des simulations en régime transitoire sont réalisées pour deux sites de production au Maroc, la ville de Tanger ayant un climat méditerranéen et Midelt qui se caractérise par un climat semi-aride. Les résultats ont montré que la centrale thermique de Midelt offre de meilleures performances techniques et économiques par rapport à celle de Tanger. En effet, une augmentation de 8 et 6% a été constatée en termes d’électricité produite par le cycle de Rankine et par le champ photovoltaïque de la centrale de Midelt par rapport à Tanger. Le rendement global « solaire-à-électricité » était de 14 et 13,8 % pour les sites de Midelt et Tanger, respectivement. Le facteur de capacité était de 32 % pour l’usine de Midelt et 29 % pour celui de Tanger. Les résultats ont indiqué que les coûts actualisés de l’électricité et de l’hydrogène pour la centrale de Midelt étaient de 0,057 $ U/kWh et de 2,96 $ U/kg, respectivement. Le taux de rentabilité interne a été de 21 % pour le projet Midelt et 17 % pour celui de Tanger, soit un TRI incrémental de 22 % entre les deux projets. Enfin, la stratégie de production proposée peut se traduire par une réduction significative du coût de production d’hydrogène et de l’électricité lié à l’utilisation de sources renouvelables.
Ahmed Khouya