ex PlanetSolar – Système autonome embarqué de production, stockage et conversion d’hydrogène comme prolongateur d’autonomie du plus grand bateau solaire au monde

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/501514
• Projekttitel Englisch: ex PlanetSolar – Autonomous system for the production, storage and conversion of hydrogen as range extender for the biggest solar vessel in the World

Kurzbeschreibung (Französisch)

Le catamaran solaire Suisse, ex PlanetSolar, a réalisé en 2012 le premier tour du monde motorisé par une propulsion électrique sans recourir aux combustibles fossiles. Doté d’un stockage de type batterie Li-ion, le générateur solaire de 500m2 permet de déplacer ce bateau de près de 100 tonnes et d’alimenter en continu un bâtiment conséquent et ses activités à bord au-delà du rythme jour/nuit.

Le présent projet propose l’installation sur le catamaran solaire d’un système de production d’hydrogène à partir d’eau de mer qui tire parti de la surproduction d’énergie photovoltaïque quand le bateau est en escale. L’hydrogène produit est stocké à 350 bars pour produire ultérieurement et sur demande de l’électricité grâce à 2 piles à combustible de 30kW chacune. Ce stockage additionnel constitue une réserve d’énergie propre à long terme et une valorisation du générateur solaire installé.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Zugehörige Dokumente

• Fachartikel "Erneuerbarer Wasserstoff ahoi!" [PDF] 4'138 kB

Publikationen / Ergebnisse (Französisch)

Zugehörige Dokumente

• Article "Ohé de l’hydrogène renouvelable !" [PDF] 4'974 kB

Schlussbericht (Deutsch)

Zusammenfassung

Der solarangetriebene Katamaran, welcher 2012 die erste Weltumrundung mit Solarenergie erfolgreich absolvierte, wurde mit einem System zur Reichweiten Verlängerung mit Wasserstoff ergänzt. Das Hauptziel des Projekts bestand darin, die aufkommende Technologie um den Energievektor Power-To-Gas auf diesem «Zero Emission» Katamaran zu integrieren. Damit konnte dieEnergiespeicherkapazität des Gesamtsystems massiv zu erhöhen, ohne dabei zu viel Gewicht hinzu zu fügen. Durch die enge Zusammenarbeit mit der Zertifizierungsstelle DNVGL, gelang es frühzeitig die richtigen Elemente für die Integration auszuwählen und ein geeignetes Sicherheitskonzept für die Installation auf dem Schiff auszuarbeiten. Alle Hauptelemente des Systems sind in einem belüfteten und massgefertigten Container auf dem Deck des Schiffes installiert. Das Wasserstoffsystem wurde während der Weltumrundung dauernd überwacht und verbessert. Bisher hat das Schiff 28’000 nautische Meilen zurückgelegt und Ende 2019 wurden in Hong Kong letzte Verbesserungen am System ausgeführt. Die Zertifizierung durch den DNVGL wurde anfangs 2020 erlangt. Dieser Schritt markiert einen wichtigen Meilenstein. Die DNVGL ist die grösste internationale Klassifikationsgesellschaft für die Schifffahrt. Dieses Projekt veranschaulicht, dass die Wasserstofftechnologie eine konkrete Ergänzung für die Speicherung der erneuerbaren Energie darstellt. Solche Systeme im tieferen kW-Bereich können einfach integriert werden und in anfordernden Platzverhältnissen installiert werden. Eine der wichtigsten Erkenntnisse aus diesem Projekt ist, dass die Schnittstellen zwischen den einzelnen Subsystemen sorgfältig analysiert werden müssen damit im Endresultat ein möglichst hoher Wirkungsgrad des gesamten Systems erreicht werden kann. Dieses funktionsfähige und zertifizierte System veranschaulicht das Funktionsprinzip eines autonomen Systems zur Erzeugung, Speicherung und Umwandlung von «grüner» Energie. Die Navigation rund um den Globus bot eine Vielzahl von Wetterbedingungen in einer anspruchsvollen Umgebung mit konstanter Luftfeuchtigkeit, salzhaltiger Luft und hohen Temperaturbereichen. Mit dem monatelangen Betrieb eines solchen Systems konnten viele Erfahrungen gewonnen und ein einzigartiges Feedbackgeneriert werden, das in verschiedenen Energieprojekten für ein breites Spektrum von Anwendungen, nicht nur im maritimen Bereich, angewendet werden kann.

Schlussbericht (Englisch)

Summary

The existing solar boat, which concluded in 2012 the first PV-powered round-the-world trip, was adapted with a range extender system based on hydrogen and fuel cell technology. The main objective was to massively increase the energy storage capacity of this zero emissions vessel, thanks to state-of-the-art technologies without significantly increasing its total weight. This project was designed and carried out in close collaboration with the international class society in charge of the complete system certification. This class society’s early involvement greatly facilitated the definition of the safety concept and the final equipment choice.All main components were installed in a hydrogen equipment container located on the solar deck of the vessel. The hydrogen system has been monitored and improved over a period of 3 years during 28’000 nautical miles of open-sea navigation. The system was last upgraded in Hong Kong at the end of 2019. The final certification was accorded at the beginning of 2020 by the DNVGL. This certification, awarded by the world’s largest classification society, represents a prestigious and valuable reference in this sector.

This operational and certified project demonstrates that hydrogen can successfully complement batteries as an energy storage solution for renewable energy systems. Systems such as this one can also be successfully deployed even in relatively low-power systems. Their compactness permits integration even with tight dimensional constraints. Among the valuable lessons learned, each subsystem interface should be carefully optimized. In this way the global system efficiency will be as close as possible to that expected based on the specifications of the individual components and subsystems.The global circumnavigation provided a demanding test environment with a large range of weather conditions, including constant humidity, salty air and significant temperature swings. Operating such a system over months has provided unique and valuable experience, which can be applied in various energy projects for a wide range of applications, not only in the marine sector.

Zugehörige Dokumente

• Final report [PDF] 5'238 kB

Schlussbericht (Französisch)

Résumé

Le bateau solaire qui a réalisé le premier tour du monde à l’énergie photovoltaïque a été modifié pour recevoir un système de prolongateur d’autonomie basé sur l’hydrogène et la pile à combustible. Le principal objectif était d’augmenter massivement la capacité de stockage d’énergie de ce vaisseau ‘zéro émissions’, en intégrant une technologie émergente sans affecter déraisonnablement sa masse totale. Ce projet fut conçu et mené à bien en étroite collaboration avec la société internationale en charge de la certification du système dont l’implication dès la phase de présélection des composants, a facilité l’établissement du concept de sécurité et la définition des équipements associés.Tous les composants principaux ont été installés et regroupés dans un container ventilé, logé sur le pont supérieur du navire solaire. Le système hydrogène, monitoré et amélioré tout au long d’une navigation océanique de presque 28'000 mile nautique, a profité d’une dernière mise à niveau fin 2019 à Hong Kong. La certification par la DNVGL, la plus grande société de classification au monde, fut obtenue début 2020, ce qui constitue une référence pour le secteur. Ce projet, opérationnel et certifié, démontre que l’hydrogène est une solution concrète de stockage complémentaire aux batteries pour les systèmes d’énergie renouvelable. Un tel système peut aussi être adapté à des équipements de petites puissances et remplir de difficiles contraintes dimensionnelles. Du à l’interdépendance des sous-systèmes, les interfaces doivent faire l’objet de soins particuliers afin d’atteindre pour le système global, le rendement prévisible sur la base des données des fournisseurs respectifs. La navigation autour du globe a offert un large éventail de conditions météorologiques dans un environnement exigeant, doté d’humidité constante, d'air salin et d’amplitudes de température élevées. Opérer un tel système pendant des mois a généré de nombreux enseignements et un retour d'expérience unique qui peut être appliqué dans divers projets énergétiques pour toute une gamme d'applications, et pas seulement dans le secteur maritime.