TotalEnergies a pour objectif de devenir un pionnier de la production d’H2 vert et donc l’un des acteurs clés du nouvel écosystème de l’hydrogène. L’hydrogène vert est produit à partir d’un électrolyseur alimenté par une source d’énergie renouvelable. Le cœur des électrolyseurs est constitué de cellules électrochimiques composées d’une cathode et d’une anode séparées par une membrane conductrice ionique. Sous polarisation l’eau est dissociée en hydrogène à la cathode (réaction HER) et en oxygène à l’anode (OER), la membrane permet le non mélange des gaz. Les cellules sont associées en série sous forme de stacks dont la puissance utilitaire sera de 1 à 10MW pour les futures applications industrielles.
Deux technologies d’électrolyseur sont considérées comme matures, à savoir les électrolyseurs alcalins et PEM (proton exchange membrane). Dans ce contexte, le développement d’un jumeau numérique des électrolyseurs est essentiel pour obtenir un avantage concurrentiel en termes de conception et d’exploitation des actifs H2 verts, car il nous aidera à prédire le comportement des électrolyseurs. Un tel outil nous permettra également d’effectuer une maintenance prédictive et d’optimiser les opérations. Il permettra aussi l’émergence de nouveaux sujets de R&D favorisant l’amélioration des performances des électrolyseurs alcalins.
Le projet DAWN va reposer sur l’utilisation de deux outils de simulations de fluides multiphasiques:
Missions :
Dans un premier temps, la mission concerne le développement d’une application pour simuler le processus d’electrolyse avec la bibliothèque canoP afin d’étudier à grande échelle la distribution des courants du potentiel et de la température dans l’électrolyseur alcalin. CanoP résout des équations de conservations avec termes sources sur une grille avec raffinement de maillage adaptatif. La construction d’une application avec canoP nécessitera les éléments suivants:
· Adaptation des structures de données: une nouvelle version de la bibliothèque qui permettra une adaptation versatile des structures de données est en cours de finalisation. Des champs supplémentaires e.g. pour traiter des phases dispersées telles qu’un ensemble de bulle seront disponibles.
· Implémentation des flux et des termes sources nécessaires au modèle électrochimique
· Exploration et implémentation des fonctions indicatrices pour les stratégies de raffinement/dé-raffinement pertinentes pour le modèle
· Dans un couplage avec l’application Flower, notamment par la proposition de lois simples ou de modèles réduits compatibles avec les modèles macroscopiques qui seront implémentédans CanoP. Enfin, la mission comprend également la rédaction des livrables (comptes-rendus, rapports et documentations) ainsi que la préparation et la soumission d’articles dans des revues scientifiques à comité de lecture.
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