Contribution à la conception de la chaîne logistique de l’hydrogène

Abstract

La croissance continue de la demande d’énergie, les risques d’épuisement de ces ressources ainsi que le réchauffement climatique, font clairement apparaître la nécessité d’engager une transition énergétique vers un modèle plus durable basé sur l’hydrogène comme un vecteur énergétique. L’hydrogène renouvelable semble être une solution intéressante pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et assurer la sécurité de l’approvisionnement énergétique. Cette étude s’inscrit dans le cadre de développement d’une méthodologie de conception d’une chaîne logistique de l’hydrogène. Dans ce travail, notre contribution a porté sur l’analyse du système énergétique et environnemental mondial et algérien. Ensuite, une procédure basée sur l’utilisation combinée d’une méthode multicritères (AHP) et le SIG pour évaluer l’adaptabilité des zones pour la production d’hydrogène à partir de l’énergie solaire photovoltaïque pour le secteur de transport routier en Algérie est présentée et enfin nous avons appliqué cette approche pour le réseau des stations-service pétrolières existantes. Ce travail présente aussi la modélisation et la conception d’une station-service à hydrogène située à la ville de Ouargla. Les résultats montrent que l’intégration de la mobilité d’hydrogène nécessitera une demande de 16.7 Mt d’H2 annuellement pour alimenter un parc de 34 millions de véhicules, ce qui nous permet de diminuer 52.2 Mtep la consommation énergétique des carburants fossiles, et de faire des économies environnementales de près de 170 Mt CO2. Les meilleurs sites pour l’installation du système de production d’hydrogène solaire ont également été identifiés. L’analyse économique a révélé que le coût de production de l’hydrogène est 14.77 $US/kg pour construire une nouvelle station-service à hydrogène et entre 9.81-11.67 $US/kg pour modifier une station-service conventionnelle de NAFTAL.

The continued growth in energy demand, the risks of depletion of these resources and global warming, make clear the need to initiate an energy transition to a more sustainable hydrogen-based model as an energy vector. Renewable hydrogen seems to be an interesting way to reduce greenhouse gas emissions and ensure security of energy supply. This study is part of the development of a hydrogen supply chain design methodology. In this thesis, our contribution has focused on the analysis of the world and Algerian energy and environmental system. Next, to present a procedure based on the combined use of a multi-criteria method (AHP) and the GIS to assess the suitability of areas for the production of hydrogen from photovoltaic solar energy for the road transport sector in Algeria, and finally apply this approach to the existing conventional refueling station network. This work is also presented the design and modeling of the hydrogen refueling station in the city of Ouargla. The results show that the integration of hydrogen mobility will require a demand of 16.7 Mt of H2 annually to supply a fleet of 34 million vehicles, which allows us to reduce the energy consumption of fossil fuels by 52.2 Mtoe, and environmental savings of nearly 170 Mt CO2. The best sites for the installation of the solar hydrogen production system have also been identified. The economic analysis revealed that the cost of producing hydrogen is 14.77 $US/kg to construct a new hydrogen refueling station and between 9.81-11.67 $US/kg to modify a conventional NAFTAL refueling station.

تسعى ھذه الدارسة الى البحث في مظاھر وتطورالنمو المستمر في طلب الطاقة، ومخاطر نضوب ھذه الموارد، والانحباس الحراري العالمي، كما توضح - ھذه الدراس ة- كذلك، الحاجة الملحة إلى البدء في البحث عن التحول الطاقوي كنموذج أكثر استدامة، یقوم على الھیدروجین باعتباره ناقلا للطاقة. حیث یمثل الھیدروجین المنتج عن طریق الطاقات المتجددة وسیلة مثیرة للاھتمام للحد من انبعاثات غازات الانحباس الحراري وضمان أمن إمدادات الطاقة. وتعد ھذه الدراسة جزءا من تطویر منھجیة تصمیم سلسلة تورید الھیدروجین. ونشتغل فیھا على تقدیم منھجیة تستند على الاستخدام المشترك لأسلوب متعدد المعاییر ونظم المعلومات الجغرافیة، لتقییم ملائمة المناطق لإنتاج الھیدروجین من الطاقة الشمسیة الضوئیة لقطاع النقل البري في الجزائر. كما نقوم بتطبیق ھذه المنھجیة على شبكة محطات بیع الوقود الموجودة مسبقا. كما نسعى كذلك في ھذا العمل على تصمیم ونمذجة محطة لبیع وقود الھیدروجین في مدینة ورقلة. كما اظھرت نتائج ھذه الدراسة أن قیمة الطلب على وقود الھیدروجین سیكون 16.7 میلون طن من الھیدروجین سنویا لتزوید 34 ملیون مركبة في قطاع النقل، مما یمكننا من خفض استھلاك الطاقة من الوقود الأحفوري بمقدار 52.2 میلون طن نفط مكافئ، وخفظ إنبعاثات ثاني اكسید الكربون بمقدار 170 میلون طن. كما تم تحدید أفضل المواقع لإنتاج الھیدروجین الشمسي في الجزائر. حیث كشف التحلیل الاقتصادي أن تكلفة إنتاج الھیدروجین تبلغ 14.77 دولار أمریكي لكل كیلوغرام، وذلك عند بناء محطة جدیدة 11.67 دولار أمریكي لكل كیلوغرام من الوقود الھیدروجیني عند تعدیل محطة نفطال - للتزوید بالوقود الھیدروجیني، وبین 9.81 التقلیدیة.