Programme Hydrogène et Pac au CEA - Sahara Wind

NATO ‘Science for Peace’ SfP-982620 ProjectNATO Science for Peace SfP-982620 Project“Sahara Trade Winds to Hydrogen: Applied Research for Sustainable

Energy Systems”Al Akhawayn University of IfraneAl Akhawayn University of Ifrane

12-13 February 2009 - Ifrane, Morocco

Programme Hydrogène et Pac au CEAPaul Lucchese

Directeur de programme, [email protected]

Projet OTAN Saharawind, SFP982620, Ifrane, 12 février 2009

Commissariat à l’Energie Atomique

D l’ t à l’i d t i Defense and Sécurité Globale

4500 personnes

De l’atome à l’industrie

4500 personnesEnergie:5500 personnes

Technologies pour la Santé l’information et laTechnologies pour la Santé, l information et la communication 3000 personnes

Socle de recherche fondamentale 2000 personnes


Socle de recherche fondamentale 2000 personnes

Organisation du CEA

Ernard BigotChairman and

Hervé Bernard

D t CEO

High Commissionerfor Atomic Energy

High Commissionerfor Atomic Energy

General Management

National Institute

Chairman andChief Executive Officer

Deputy CEOBernard BigotBernard Bigot

for NuclearSciences

and Techniques

4 Functional Divisions5 Operational Divisions

Informationand systems management

Strategyand

ExternalRelations

RiskControl

HumanResources

andTraining

PhysicalSciences

Nuclear TechnologicalResearch

Defence LifeSciences

Relations Training

5 Transverse Programmes NTE Security Materials Technologies for Health Nanosciences

3Prjet OTAN SFP 982620, Ifrane 12 février 2009

Le programme CEA et ses objectifs globaux

CEANTECEAH2 & Piles à

combustiblesSolaire PV/Stockage/Systèmes

T t Biocarburants

g yEfficacité énergétique

Centre d’Excellence

Centres d’ExcellenceCentres d’ExcellenceSUSHY-Pro

PACLAB

Transports Residentiel &Tertiaire

Biocarburants seconde génération

INESAL-HYANCE

Réduction CO2 Oui si augmentation part

Oui mais impact limité PV seul : faible impactIntégration Habitat : Oui

Objectifs

si augmentation part nucléaire/ENR dans Mix

Intégration Habitat : Oui

Création de Valeur économique/EmploisPosition Industrielle

Faible à court termeMarché niches /Start upT è f t à M/LT

Création valeur/Emplois importante à MTmais pas sur la techno;

Transfert TechnoCréation emplois/ Position Industriels très importantPosition Industrielle Très forte à M/LTerme

Transportsmais pas sur la techno;Fonds investissement

Industriels très important

Politique nationale française/Européenne

France: Soutien politique moyen R&D Faisabilité H2

France: Energie (Diesel) et Agriculture

France: tarif rachat PVEurope: oui


Europe: Oui très soutenue Europe: oui

Le CEA leader français sur la R&D sur les NTE

Emission de CO²

Réduction d’électricitéSans GES Transport

42%Transformation

Industrie

20%

é i

Vecteur d’énergieen substitution du

pétrole

Hydrogène (moyen/long terme)

Biocarburant de 2ème génération(court/moyen terme)

« Activité cœur du CEAHors programmes NTE »

Nucléaire

Résidentiel /Tertiaire

25%

13%énergie

Energie solairePassive et active (photovoltaïque, thermique)

Besoins dispersés et répartis

Chiffres-Clés 2007:- Budget: 51 M€ (62 M€ en 2008 prévu), 23 M€ recettes extérieures

(Rappel: budget public NTE en France: environ 200-220 M€)- Environ 400 personnes, 100 brevets, 200 publications

Très focalisé: - Hydrogène et piles (29M€, 60 % effort public national),

Répartition Budget par Pôles DAM

DRT

- PV-Habitat et stockage, matériaux Energie( 19 M€), - Biocarburants 2ème et 3 ème génération (3, 5 M€)

Management par projets

DEN

DSM

DENDDIN


DDINDSV

Organisation du CEA sur les NTE

Adressing the challenges of energy and g g gyclimate change based on traditional know -

how of the 9 CEA centers

Fontenay aux RosesLife sciencesSaclay

Multidisciplinary

Clustering innovation, research and training

Saclay

Multidisciplinary ValducDefence

DAM Ile-de-France

Le RipaultDefence

Basic R&D

yValduc

Le RipaultGrenobleCESTA

p

V l hôDefence

Materials

Microelectronics, energy

From Fuel cells to transport applications

Belfort

CadaracheValrhô

Nuclear

Nuclear

From High temperature

Hydrogen storageFuel cells components

Chambery

Grenoble

Valrhô

Hydrogen and fuel cells

Photovoltaic and energy storage

Specializations of the centers in the field of NTE

CEA centers not working on NTEFrom High temperature electrolysis to Hydrogen

Cadarache

SSHH6Prjet OTAN SFP 982620, Ifrane 12 février 2009

g

Biofuels

SS

La feuille de route « transport routier »

Moteur thermique

Biocarburant 1ère G Biocarburant 2ème GHybride

thermique / batteries

Stop & Start / Mild (CIVIC) / Full (PRIUS)

Véhicule tout électrique

Hybride thermique rechargeable

Hybride thermique rechargeableRM1

2010-15 2020-2030

Démonstration hybride batteries + PAC / niches

2008

SOLHYTRANS

RM3

Degré d’hybridation PAC/batterieEn fonction progrès des deux filières techno

Electique urbain

Partenaires industriels

RM2


LA FILIÈRE HYDROGÈNE

P d tiProductionCO2CO2

Transport-Distribution-stockage

CO2CO2

Utili ti

CO2CO2

Utilisation

22


Hydrogen and Fuel cells at CEA: Staff: 200 people plus+40 PhD/post doc

FCLabAlHyance

Pac-Lab

SSHHusHyProusHyPro

Pac-Lab

Représentative FRANCE


Pile CEA PSA

2007 : Pile de 80 kW

validation de la pile dans son systèmeassemblée au CEA

2006 :2006 : validation de la pile sur banc

Puissance nette de 31 kW atteinte le 29/08/2007P ile de 37 kW)Fonctionnement conforme Intégration d’un système à pile à combustible de

technologie GENEPAC dans un véhicule hybride de aux attentes, Rendement système de 45 % atteint

technologie GENEPAC dans un véhicule hybride de type « range extender » (Prototype EPURE de PSA).

Etude de la fiabilité des piles de technologie GENEPAC sur banc d’essais


CEA-PSA PEMFC Technology and Niches markets

1.80 m

2.90 m

60 km/h

Drone Military Applications aeronautcs

Agricultar application

Leisure ships

StationnaryRenewable coupling

Back up supply

Niches vehicles, leisureHeavy Transports lourds,

Urban Transports

GENEPAC prototypeGENEPAC 80 kWWorldwide state of the art1,5 kW/l - 1.1 kW/Kg


GENEPAC série 150 000 véhicules (évaluation PSA)

« Petites » séries (qq 100)Coût de lancement sur la marché

L’hydrogène une passerelle entre le nucléaire, les carburants fossiles,

les ENR les biocarburants

ExtraireExtraire

Carburants fossiles

réaliser

concevoir

réaliser

concevoir

réaliser

concevoirExtraireExtraire

H2 réaliser

Produire

réaliserréaliser

ProduireProduire

ProduireProduireProduire2

DistribuerDistribuerDistribuerElectricité

DistribuerDistribuerDistribuer

Electricité

Sidérurgie, Cimenteries, Phosphates…


Efficacité ENR intermittentes Efficacité masse énergie des biocarburants

Massive & Sustainable Hydrogen Production2002 2004 2006 2008 2010 2012

Thermochemical

Sulfur Iodine cycle

Westinghouse cycle (Sulfur Hybrid Cycle)

2002 2004 2006 2008 2010 2012

Thermochemical cycles

Westinghouse cycle (Sulfur Hybrid Cycle)

UT-3 cycle

Ferrite Redox Cycle - Ceria Redox Cycle

Middle range temperature Processes (500-600°C)High Temperature

ElectrolysisHTE

Biomassbiogas

BiomassGreen Hydrogen by Biomass

Alternative processes

Photo electrochimistry

Bio processes


SUSHY PRO Plat form on hydrogen production

DLR


I/S cycle from basic Researches to plantA European and International collaboration

A 80 000 m3/h Sulfur/Iodine

production plant

• Basic measurements

• Flow-sheet optimization

Ch i l i i• Chemical engineering

C101 T101

105

115116117

127

125

128H2O de section II

O2

E103D103

T102 C102

133

H2O de section III

E104

123

124

121a

129

121b

2bars

20bars

15bars

3bars

15bars15bars

1barC101 T101C101 T101

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H2O de section III

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20bars

15bars

3bars

15bars15bars

1bar

The Bunsen

• Components design

• Plant safety

• Cost estimates

F101

F102E101

102103

106

107

E102110 111

112

113

120

131

P103

D101 122b126

E105

E103 E104

122a

121c 121d

O2

15bars

F101F101

F102F102E101

102103

106

107

E102110 111

112

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P103

D101 122b126

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E103 E104

122a

121c 121d

O2

15barssection

F102

101

104 108R101

114

118

130

132

H2SO4vers section II

I

D102

119

P101

H2OSO2

7bars

3barsF102F102

101

104 108R101

114

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130

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H2SO4vers section II

I

D102

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P101

H2OSO2

7bars

3bars


HIx + H2O Vers section III

109

I2de section IIISO2 + O2 + H2O

De section II P102 HIx + H2O Vers section III

109

I2de section IIISO2 + O2 + H2O

De section II P102

Iodine Sulfur Cycle : a 100l/h scale pilot

INERI Collaboration with Sandia & GA

• Building of the Bunsen loop in Marcoule (CEA-France)• Shipping of the loop in june 2007• A shared experimentation with US at GA in San Diego -California


p g

100l/h Westinghouse Pilot scale draw (Electrolysis loop)


HTSE - Design GENEPHIS


New projects to be built in France

Franche Comte-LorraineLorraineDemonstrationTransportEarly marketsBy-Products H2By Products H2 (Solvay)

Others Possible transport demonstrationP j t i di i

SOLHYVERT

Chambery/Grenoble

Projects in discussionSO

Chambery/GrenobleDemonstration of Solar PVHybride vehiclesHouse/transports demonstrati


CORSICA MYRTHE ProjetExperimental Plat formPV 600kW-H2Electrolyser-PEMFC 200kW HELION

Air Liquide Project: early markets/deployments

NEXT STEP 2008-2013: H2E D l t j t l k t


- H2E Deployment projet on early markets, - 200 M€ 7 years, public funding OSEO 67 M€

INES, Chambéry / habitat disperséProduction décentralisée multi énergies à partir du solaire (chaleur, électricité

, H2)2Démonstration de la convergence habitat / transport

Utilisation dans le transport individuelDémonstration de systèmes de transport innovants

2 sites de démonstration endémonstration en

Région Rhône-Alpes

Polygone Grenoble / zone urbaineProduction centralisée d’H2 sans émission de gaz à effet de serre

Dé i à i d l bl l i PV bi h d li é liDémonstration à partir de renouvelables : solaire PV, biomasse, hydraulique, éolienUtilisation dans le transport urbain

Démonstration de systèmes de transport innovants


SOLHYVERT

Example of Island energy issue:Corsica case

Éolienne – Sigean•Dimension gestion de réseau

H2Transfert de données


H2PAC

Plateforme Pépite – Arbois Aix-en-Provence•Contrôle•Aspects H2 et PV•Dimension « site isolé »

Tra

Deux types de couplages ENR et Hydrogène

SER PICS/CREUX ENERGIES INTERMITTENTESXPÉRIENCE EN NORVÈGE, FRANCE (CORSE)

GRÈCE PRODUIRE MASSIVEMENT DE L’HYDROGÈNEGRÈCE PRODUIRE MASSIVEMENT DE L HYDROGÈNESTOCKAGE OU UTILISATION INDUSTRIELLE

OU EXPORTATION

Utsira, Norway


Collaborations Nationales/Internationales

• Europe– Participation aux plate formes– Rôle leader dans hydrogène et Pac: JTI, N ERGHYRôle leader dans hydrogène et Pac: JTI, N ERGHY

• Bilatéral:H2 pac et démonstrateurs: Arabie Saoudite Espagne- H2 pac et démonstrateurs: Arabie Saoudite, Espagne

– Instituts européens: DLR, FZJ, FZK– Canada: biopiles, Pac …H2– Finlande VTT

Collaborations avec Inde Barc Teri Université Delhi– Collaborations avec Inde Barc Teri Université Delhi– USA DOE

• IPHE représentation France et présidence d’un des deux ep ése tat o a ce et p és de ce d u des deucomités

• IEA Représentation France et participation à des HIA t AFCgroupes HIA et AFC

• Soutien SET PLAN, ALLIANCE, EIT SUCCESS, Présidence Française


Présidence Française

Une Coopération Internationale bien organisée


Public funding to Hydrogen and Fuel cellsPublic funding to Hydrogen and Fuel cells

C dKoreaUK

EuropeChi

CanadaFederal Budget : 50 M€/an

States : 15 M€/an

Budget R&D 2007 : 64 M€

Public funding 2006 : ? M€

États-unisFuel cell support from US Government

Japan28 years Programme

FP2 : 8 M€FP6 : 315 M€JTI : 940 M€(2008-2013)

China72 M€ Budget for Fuel

cell vehicles

DOE DOT DOD :Total Hydrogen Fuel Initiative (250 M€/an)Freedom Car Programme (100 M€/an)Solid State Energy Conversion Alliance (SECA) Programme (50 M€/an)

y g(1993-2020)

Total budget: 2,4 G€

2006 : 420 M€

Hydrogen Fuel Initiative : 960 M€ (2004-2008)Total funding 2007 : ~ 630 M€ Germany

2007F d l l l 110 M€

FrancePublic funding 2006 : 45 M€

ANR Pan-H : 70 M€ (2005-2008)A2I : 67,6 M€ (project H2E, 7 year)ADEME : ~2 5 M€ (2007)

Federal level : ~ 110 M€Lânders : ~ 25 M€

R&D : 500 M€ (2006-2015)

Infrastructure :India

5 M€ (2006 2020)


ADEME : 2,5 M€ (2007)

World R&D mondialePublic > 1 000 M€/anPrivate : 3,5 G€/an

Infrastructure :1 G€ (2006-2015) 5 M€ (2006-2020)

R&D : 0,2 M€Infrastructure : 4,8 M€

ItalyNational Budget: 45 M€/anRegional Budget: 10 M€/an

Projet Global IPHE40 Initiatives regroupant 60 bus et

+ de 200 dans les deux années+ de 200 dans les deux années


Projet Global IPHE Coordonner premières infrastructures

Projet HyNorInfrastructure hydrogène entre Stavanger à Oslo (580 km)

Californie

Stavanger à Oslo (580 km) Stations de remplissage

Première station inaugurée à Stavanger en 2006

VéhiculesVoitures (20 Toyota H2 Prius + H2 TH!INK en 2007, 40 Mazda RX-8 Hydrogen RE en 2008)2008)AutobusTaxisAutoroutes de l’hydrogène:

Canada Californie Norvège

170 véhicules légers en

Canada, Californie, Norvège

Puis Allemagne

170 véhicules légers en circulation

> 1 600 000 km parcourus24 stations services opérationnelles15 en projet


9 bus en service> 265 000 km parcourus1 300 km

Programme Hydrogène et Pac au CEA - Sahara Wind

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