La mesure d'humidité optimise le fonctionnement du système de conversion de chaleur

JTEC Energy et Vaisala ont collaboré pour intégrer des capteurs de mesure d'humidité de précision dans un nouveau système de conversion de chaleur résiduelle en électricité. La mise en œuvre d'un suivi précis de l'humidité et du point de rosée permet le fonctionnement fiable d'une architecture énergétique à hydrogène en boucle fermée dans les environnements d'automatisation industrielle.

Défi industriel et architecture du système
JTEC Energy développe une technologie qui convertit la chaleur industrielle résiduelle en énergie électrique en utilisant l'hydrogène comme fluide de travail. Le système repose sur un processus de compression entraîné par la chaleur, associé à des empilements électrochimiques (piles). Au sein de cette architecture, la chaleur résiduelle est appliquée à un réacteur à hydrure métallique, ce qui l'amène à libérer de l'hydrogène sous pression. Cet hydrogène se détend à travers un empilement électrochimique pour générer de l'énergie électrique avant d'être réabsorbé par un réacteur séparé et refroidi.

Ce système en boucle fermée présente un conflit fondamental de gestion de l'humidité. Les empilements électrochimiques nécessitent de l'hydrogène humidifié pour maintenir des performances optimales de la membrane. À l'inverse, les réacteurs à hydrure métallique doivent rester extrêmement secs ; l'excès d'humidité crée des couches d'oxyde qui inhibent l'absorption d'hydrogène et dégradent les performances du réacteur. Par conséquent, le système doit éliminer et recirculer plus de 99,99 pour cent de l'humidité introduite pendant le cycle de production d'énergie.




Objectifs de fiabilité des processus
Un contrôle précis de l'humidité est essentiel pour la viabilité et le fonctionnement continu du système. Lors de la phase initiale de recherche et développement, les capteurs standard d'humidité relative et de point de rosée utilisés par JTEC saturaient fréquemment lorsqu'ils étaient exposés à la condensation. Ce manque de robustesse a forcé les ingénieurs à interrompre des expériences, à sécher les équipements et à redémarrer les systèmes — dans un cas, un test standard de six heures s'est étendu à trois jours.

Pour le déploiement sur le terrain, une mesure inexacte de l'humidité pose un risque opérationnel. Le sous-système de conversion de la chaleur résiduelle représente plus d'un tiers du coût total du système. Une exposition imprévue à l'humidité nécessite une maintenance hors ligne pour récupérer les performances du réacteur, créant des temps d'arrêt inacceptables pour les infrastructures de production d'énergie.

Solution technique et déploiement
Pour résoudre le problème de fiabilité des mesures, JTEC a standardisé son processus de suivi de l'humidité en adoptant la technologie de mesure d'humidité de Vaisala. La solution utilise trois instruments spécifiques pour surveiller la boucle d'hydrogène dans des conditions dynamiques de pression et de débit. Une sonde d'humidité relative et de température Vaisala HMP7 est positionnée immédiatement après la phase de déshumidification initiale pour vérifier l'élimination brute de l'humidité et empêcher la condensation dans la conduite. À la suite des étapes finales de gestion de l'humidité, un capteur Vaisala DMP370 certifié Ex mesure les points de rosée bas avant que l'hydrogène ne retourne aux réacteurs à hydrure métallique, garantissant que le gaz est séché selon des spécifications strictes. Enfin, un transmetteur de point de rosée Vaisala DMT143 surveille le collecteur de maintenance, empêchant la migration de l'humidité des sections humides vers les sections sèches lors des opérations de démarrage, d'arrêt ou de maintenance.

Les capteurs ont été intégrés directement dans l'architecture de contrôle du système. La certification Ex spécifique du système de mesure da la gamme DMP370 permet de répondre aux exigences strictes des zones dangereuses nécessaires pour les futures installations industrielles.




Résultats opérationnels
La mesure de l'humidité dans l'hydrogène sous pression s'écarte considérablement des conditions atmosphériques standard. Vaisala a fourni un support métrologique direct, aidant JTEC à développer des routines de compensation de pression précises pour leurs mesures de point de rosée dans des conditions fluctuantes. « Le pocessus d'auto-étalonnage de Vaisala est une caractéristique qui améliore la confiance dans les valeurs qui nous sont retournées », a déclaré Julian Bell, vice-président de l'ingénierie chez JTEC Energy. « Dans le même temps, nous avons pu intégrer des routines de compensation de pression dans nos mesures de point de rosée avec le soutien des ingénieurs de Vaisala. »

L'intégration de ces capteurs fournit une mesure continue et stable sans les interruptions d'étalonnage associées aux solutions alternatives. Cette visibilité ininterrompue permet au système de contrôle de basculer précisément entre les colonnes de déshumidification, éliminant les temps d'arrêt induits par la saturation, protégeant les réacteurs à hydrure métallique et offrant la précision de mesure requise pour faire passer la technologie du laboratoire au déploiement sur le terrain.

Publié avec l’assistance de l’IA par Aishwarya Mambet, rédactrice pour Induportals.

www.vaisala.com