Modèle technico-économique pour le transport conjoint d'hydrogène cryogénique et d'électricité par câble supraconducteur

Le terme «superlien», utilisé dans ce mémoire, vient décrire un corridor bi-énergie haute puissance, combinant au sein d’un même système un pipeline d’hydrogène cryogénique refroidissant un câble de transport électrique supraconducteur (CTSC). La synergie évidente entre les deux vecteurs énergétiques motive une analyse technico-économique de leur combinaison. En effet, à travers la cryogénie, les coûts énergétiques et d’infrastructures pour la densification de l’hydrogène et le maintien de la condition supraconductrice se recoupent mutuellement. Pour faire cette analyse, un modèle technico-économique, couvrant le «superlien» proposé (cryostat et câble supraconducteur) et ses infrastructures auxiliaires de cryogénie, est développé est détaillé. Une analyse segmentée des sous-parties du modèle (cryo-compression initiale de l’hydrogène, câble supraconducteur, station de réfrigération, etc.) établit un premier jet de résultats, dits «haut-niveau». Ceux-ci présentent, entre-autre, les contraintes au niveau des investissements nécessaires et de l’empreinte au sol des infrastructures auxiliaires de cryogénie, le profil des investissements pour le superlien (changeant avec le type de conception et la proportion des puissances transmises) et la limite énergétique à la revalorisation du froid livré dans l’hydrogène. Les résultats «haut-niveau» dégagent des intuitions de conceptions permettant de définir, parmi le vaste ensemble de possibilités, un sous-ensemble de configurations spécifiques à approfondir et analyser. Ces configurations sont décrites en détails dans des fiches techniques rassemblant les paramètres nécessaires à la description de la configuration elle-même, les paramètres définissant l’opération du superlien, les puissances de réfrigérations associées, les investissements pour le lien et les infrastructures cryogéniques auxiliaires, ainsi que leur somme totale, normalisée par une métrique de puissance transmise. L’information contenue clarifie et nuance la proposition du désengorgement de postes électriques urbains par ce type d’infrastructure, souligne des choix de configurations et des régimes d’opérations avantageux et fournit des valeurs énergétiques et économiques concrètes, appuyées sur un modèle documenté et transparent.

Abstract

The term “superlink”, used in this master thesis, describes a high-power dual-energy corridor combining, within the same system, a cryogenic hydrogen pipeline cooling a superconducting electrical transmission cable. The obvious synergy between the two energy vectors motivates a techno-economic analysis of their combination. Indeed, through cryogenics, the energy and infrastructure costs for hydrogen densification and the maintainance of the superconducting condition overlap. To carry out this analysis, a techno-economic model, covering the proposed “superlink” (a cryostat and a superconducting cable) and its auxiliary cryogenic infrastructures, is developed and detailed. A segmented analysis of the sub-parts of the model (initial cryo-compression of hydrogen, superconducting cable, refrigeration station, etc.) establishes a first draft of results, called “high-level”. These present, among other things, the constraints in terms of the necessary investments and the spatial footprint of the auxiliary cryogenic infrastructures, the investment profile for the superlink (changing with the type of design and the proportion of the type of powers transmitted) and the energy limit for the re-valorization of the cold delivered through the hydrogen. The “high-level” results reveal design intuitions making it possible to define, among the vast set of possibilities, a subset of specific configurations to be further explored and analyzed. These configurations are described in detail in technical sheets bringing together the parameters necessary for the description of the configuration itself, the parameters defining the operation of the superlink, the refrigeration powers incurred, the investments for the superlink and the auxiliary cryogenic infrastructures and their total sum, normalized by the transmitted power metric. The information contained clarifies and brings nuance to the proposal for deconjestion of urban electrical substations by this type of infrastructure, highlights configuration choices and advantageous operating regimes and provides concrete energetic and economic values, based on a documented and transparent model.