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Comment assurer la sécurité de la conception et le dépannage sur site des systèmes de production d'énergie stationnaires à hydrogène refroidis par eau et alimentés par des PEM ?

Comment assurer la sécurité de la conception et le dépannage sur site des systèmes de production d'énergie stationnaires à hydrogène refroidis par eau et alimentés par des PEM ?

Jun 18, 2026

1. Configuration générale du système

Le refroidi à l'eau pile à combustible PEM Le système de production d'énergie se compose de cinq modules indépendants : la pile à combustible, le module d'alimentation en hydrogène, le module d'alimentation en air, le module de gestion thermique et le module de commande électronique. Chaque module est isolé des autres afin d'éviter toute interférence entre le gaz, l'eau et l'électricité, et ainsi de limiter les risques liés à la sécurité au niveau de l'architecture du système.

water-cooled PEM fuel cell power generation system

Composants de base

Composition et fonctions

Pile à combustible à hydrogène PEMFC (membrane échangeuse de protons)

Composant essentiel du système, cette pile à combustible à membrane échangeuse de protons convertit l'énergie chimique de l'hydrogène et de l'oxygène en énergie électrique et constitue l'unité centrale de production d'électricité.

Module d'approvisionnement en hydrogène

Détecteur de fuites d'hydrogène, séparateur vapeur-liquide, pompe de recirculation d'hydrogène (pour les configurations de 10 kW et plus), dispositif de traitement des gaz d'échappement, etc., garantissent que l'hydrogène pénètre dans la cheminée de manière stable et sûre, tandis que les gaz d'échappement sont évacués du système par l'orifice d'échappement d'hydrogène.

Module d'alimentation en air

Composé d'un filtre à air, d'un refroidisseur intermédiaire, d'un humidificateur, d'un compresseur d'air, d'une vanne d'étranglement et de divers conduits d'air, ce module fournit de l'air propre et sec avec un débit stable (la source d'oxygène) à la cheminée, répondant ainsi aux exigences de fonctionnement de celle-ci.

Module de gestion thermique

Ce module comprend une pompe à eau, un radiateur, des capteurs de température, un vase d'expansion, un ventilateur, un conductimètre et un déioniseur. Il régule la température de la pile à combustible et de tous les composants du système. Grâce à un refroidissement par eau à circulation forcée, il dissipe rapidement la chaleur générée par la pile à combustible, garantissant ainsi un fonctionnement optimal du système et prévenant les dommages dus à la surchauffe.

Module de commande électrique

Utilise un automate programmable équipé d'un écran tactile de surveillance permettant le contrôle global du système, la surveillance des paramètres, le diagnostic des pannes et d'autres fonctions.

 

2. Conception structurelle

En plus de la conception de sécurité inhérente aux modules du système, l'équipement de production d'énergie à pile à combustible stationnaire présente une disposition structurelle méticuleusement conçue qui assure la sécurité opérationnelle et des émissions de gaz sûres, assurant la séparation entre le personnel et l'équipement et permettant une intervention manuelle.

 

 
 stationary fuel cell power generation equipment

 

 

 

① Bouton d'arrêt d'urgence

② Panneau de commande de l'onduleur

③ Panneau de commande principal du système

④ Bouton de démarrage (reste allumé en fonctionnement normal)

⑤ Bouton d'arrêt (reste allumé en cas de défaut)

⑥ Indicateur d'alerte précoce (reste allumé pendant les alertes)

 

 
 stationary fuel cell power generation equipment
 

 

 

 

⑦ Évent d'hydrogène

⑧ Entrée d'hydrogène

⑨ Orifice de dissipation de chaleur

⑩ Sortie d'échappement et d'eaux usées

 

 

 

3. Surveillance visuelle par écran tactile

L'unité est équipée d'un écran tactile industriel, ce qui élimine le besoin d'un ordinateur hôte externe. Six fonctions principales, dont la surveillance des équipements, le paramétrage, le débogage manuel et la recherche de pannes, peuvent être exécutées localement :

Interface principale : Affiche l’état de fonctionnement de l’équipement (Marche/Arrêt/Réinitialisation des défauts) et les paramètres principaux tels que la puissance de sortie, la tension, le courant, la pression d’hydrogène et la température de refroidissement.

Page du circuit d'air : Affiche l'état de fonctionnement du compresseur d'air, de la pile à combustible, du convertisseur CC-CC et de la vanne de régulation d'air, y compris les paramètres clés tels que la vitesse, la puissance et la température.

Page du circuit d'hydrogène : Fournit des informations sur l'état de la vanne d'entrée d'hydrogène, de la vanne proportionnelle, de la vanne de purge (ouverte/fermée) et de la pompe de circulation.

Page du circuit de refroidissement : Surveille l’état de fonctionnement de la pompe à eau de refroidissement (vitesse, pression et débit) ainsi que du radiateur.

Page des avertissements et des défauts : Affiche l’historique des défauts de l’équipement (codes d’erreur, descriptions des défauts et heures d’occurrence) pour faciliter le dépannage et la maintenance.

Page d'enregistrement des données : Enregistre différents états de fonctionnement du système.

stationary fuel cell power generation equipment

L'équipement permet la commande manuelle d'opérations telles que le démarrage, l'arrêt, la purge et l'alimentation en hydrogène, ce qui le rend adapté à une utilisation lors de la mise en service et de la maintenance.

 

4. Dépannage sur site

En cas de dysfonctionnement pendant le fonctionnement, l'interface tactile affiche automatiquement le code d'erreur et sa description, permettant un dépannage et une résolution rapides ; l'équipement est doté d'une interface de communication, et les données opérationnelles peuvent également être récupérées via ce canal de communication.

Description du défaut

Causes possibles

Solution rapide

Défaut de haute pression anodique

1. Dysfonctionnement de la vanne externe de réduction de pression d'hydrogène ou défaillance de la stabilisation de la pression ;

2. L'électrovanne d'entrée d'hydrogène ne se ferme pas correctement ;
3. Réglage anormal de la soupape de contre-pression entraînant une accumulation de pression en amont ;

4. L'approvisionnement en hydrogène n'a pas pu s'ajuster rapidement en raison de variations soudaines de la charge.

1. Si la source d'hydrogène externe est équipée d'une vanne de régulation de pression ou d'une vanne de réduction de pression, recalibrez ou remplacez la vanne de régulation de pression d'hydrogène ou la vanne de réduction de pression ;

2. Vérifier l'étanchéité de l'électrovanne à hydrogène ; la remplacer si elle est défectueuse ;

3. Ajuster avec précision l'ouverture de la vanne de contre-pression pour stabiliser la pression du pipeline ;

4. Augmenter ou diminuer la charge progressivement pour correspondre à la réponse de l'alimentation en hydrogène

Défaut de pression de la source d'hydrogène basse

1. Pression insuffisante de la source d'hydrogène en amont ;

2. Fuites dans la tuyauterie d'hydrogène ou raccords desserrés ;

3. La soupape de réduction de pression est bloquée en position ouverte, ce qui restreint le débit de gaz ;

4. Réglage anormal de la soupape de contre-pression empêchant l'hydrogène de s'écouler correctement dans la cheminée.

1. Vérifiez la pression de sortie de la bouteille d'hydrogène ou de l'équipement d'alimentation en hydrogène ;

2. Vérifiez l'absence de fuites et resserrez les raccords de tuyauterie ;

3. Démontez et nettoyez le tiroir du réducteur de pression, ou remplacez le corps de la vanne ;

4. Vérifiez si la soupape de contre-pression fonctionne correctement.

Dysfonctionnement dû à une concentration élevée d'hydrogène

1. Purge et évacuation incomplètes de l'hydrogène ;

2. Le capteur de concentration d'hydrogène a dérivé et n'a pas été calibré ;

3. Fuite de gaz à l'intérieur de la pile à combustible ou défaillance du joint d'étanchéité ;

4. Obstruction de la conduite d'échappement provoquant un refoulement des gaz d'échappement

1. Augmenter la fréquence et la durée de la purge ;

2. Recalibrer le capteur de concentration d'hydrogène ;

3. Arrêter le système pour inspecter les joints d'étanchéité de la cheminée et les joints d'étanchéité des plaques d'extrémité ;

4. Déboucher la conduite d'échappement d'hydrogène pour assurer un flux d'échappement non obstrué

Dysfonctionnement du compresseur d'air

1. Alimentation électrique anormale du compresseur d'air, panne de communication ou déclenchement du dispositif de protection

2. Surchauffe du compresseur d'air, quantité insuffisante de liquide de refroidissement, dysfonctionnement de la pompe à eau ou mauvaise dissipation de la chaleur.

3. Débit d'air insuffisant dû à un filtre à air obstrué, à des fuites d'air dans la tuyauterie ou à une vitesse de rotation anormale.

1. Vérifiez si l'alimentation électrique du compresseur d'air est normale et assurez-vous que la communication CAN fonctionne correctement.

2. Vérifiez l'état de fonctionnement du système de refroidissement et du radiateur.

3. Nettoyez l'élément filtrant et vérifiez les conduites d'air et le retour d'information sur la vitesse.

Le débit de la pompe à eau est trop faible.

1. Panne ou vitesse insuffisante de la pompe de circulation du système de refroidissement par eau ;

2. Les conduites de liquide de refroidissement sont obstruées ou pliées, ce qui entraîne une restriction du débit ;

3. Présence importante de bulles d'air ou de poches d'air dans le circuit d'eau ;

4. Le capteur de débit est endommagé / le papillon des gaz dans la tuyauterie est partiellement fermé

1. Vérifiez l'alimentation électrique et l'entraînement de la pompe à eau ; remplacez la pompe à eau si nécessaire ;

2. Inspecter la tuyauterie, éliminer les obstructions et rétablir la section transversale complète du tuyau ;

3. Ouvrez la vanne de purge pour chasser l'air, puis faites l'appoint de liquide de refroidissement ;

4. Ouvrez la vanne de régulation du circuit d'eau et calibrez ou remplacez le capteur de débit.

Défaut de basse tension totale

1. Approvisionnement en hydrogène insuffisant ou pression trop basse

2. Chute de tension due à une charge excessive de la batterie

3. Consistance cellulaire anormale ou vieillissement.

4. Le démarrage à forte puissance de l'ensemble de l'unité provoque une chute de tension du bus

1. Vérifiez que la pression d'alimentation en hydrogène, le détendeur et la tuyauterie d'hydrogène fonctionnent normalement et sont correctement installés.

2. Réduisez la charge du système et reprenez le fonctionnement une fois la tension rétablie.

3. Inspectez la batterie et vérifiez son état afin de déceler toute anomalie.

Tension faible dans le canal le plus bas

1. Approvisionnement insuffisant en hydrogène du système

2. Apport d'air insuffisant

3. Ligne d'échantillonnage CVM desserrée ou défectueuse

4. Défaillance de la communication ou de l'échantillonnage du module CVM

5. Déconnexion de la ligne de communication du bus CAN CVM ou résistance de terminaison anormale ;

6. Électrode à membrane endommagée

1. Vérifiez si la pression dans les conduites d'hydrogène et d'air est normale.

2. Dépanner le circuit de détection CVM.

3. Vérifiez si le module CVM est alimenté normalement.

4. Mettez hors tension puis redémarrez le module CVM ; si le problème persiste, remplacez-le ;

 

La conception de sécurité de l'ensemble du système de production d'électricité à hydrogène PEMFC stationnaire refroidi à l'eau suit une logique à quatre niveaux comprenant une protection active, une atténuation passive des risques, une surveillance intelligente et une exploitation et une maintenance rapides, assurant ainsi une production d'électricité sûre, efficace et durable à l'aide de piles à combustible à hydrogène.

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