Technologie de sécurité pour l’infrastructure de l’hydrogène dans l’espace souterrain

En tant que source d’énergie qui aiderait les pays à atteindre la neutralité carbone et la sécurité énergétique, l’énergie hydrogène est recherchée dans le monde entier comme la source d’énergie de l’avenir. À cette fin, l’Union européenne (UE) a présenté sa stratégie sur l’hydrogène, mettant en œuvre son plan d’investissement de 470 milliards d’euros (623 000 milliards de wons coréens) en 10 ans pour construire une société basée sur l’hydrogène dans la région.

L’Allemagne, l’un des plus ardents défenseurs des initiatives écologiques mondiales, a présenté une stratégie nationale sur l’hydrogène prévoyant d’investir un total de 1,2 billion de wons coréens d’ici 2030. Le gouvernement sud-coréen investit également dans des projets de villes à hydrogène et dans la construction d’infrastructures pour se rapprocher de la mise en place de l’économie de l’hydrogène.

L’Institut coréen de génie civil et de technologie du bâtiment (KICT, président Kim Byung-suk) a annoncé son intention de développer des technologies relatives à l’ensemble du déroulement d’un projet d’infrastructure souterraine à hydrogène, depuis sa conception et sa construction jusqu’à son exploitation et sa gestion. Ces technologies permettraient d’améliorer fondamentalement la sécurité des installations d’hydrogène. La construction de nouvelles infrastructures dans la zone CBD pourrait permettre une intégration plus efficace avec d’autres réseaux d’énergie renouvelable et contribuer au développement de technologies sources pour la construction d’infrastructures d’hydrogène, technologies pour lesquelles la Corée du Sud a dû s’approvisionner auprès d’autres pays avancés.

Une infrastructure sûre et fiable est essentielle à l’établissement d’un écosystème de l’hydrogène. Cependant, tout projet d’installation d’hydrogène au niveau du sol a tendance à se heurter à l’opposition farouche des résidents locaux, et l’alternative consistant à les construire en périphérie rend le projet moins rentable et moins efficace.

Le Dr Kim Yangkyun, du groupe de recherche sur les infrastructures d’hydrogène de la KICT, a mis au point les technologies fondamentales d’ingénierie de la sécurité pour la construction d’infrastructures d’hydrogène souterraines fiables, ainsi qu’un système de contrôle actif pour atténuer l’impact des éventuelles fuites et explosions d’hydrogène. Le nouveau système peut aider à contrôler à tout moment la concentration ambiante d’hydrogène dans une installation souterraine par le biais d’une ventilation forcée et peut réduire le risque jusqu’à 80 % par rapport à des installations similaires en surface grâce à l’introduction d’évents de type toit qui minimisent la surpression de l’explosion en cas d’urgence.

Fondamentalement, toute infrastructure souterraine d’hydrogène est un espace clos. Tous les risques d’une explosion potentielle doivent être éliminés en maintenant la concentration ambiante d’hydrogène en dessous de la limite inférieure d’inflammabilité (LII) chaque fois qu’une fuite se produit. Le système de contrôle actif proposé par l’équipe de recherche du Dr Kim Yangkyun maintient la qualité de l’atmosphère de l’espace clos à un niveau normal et peut prévenir les accidents de souffle en cas de fuite d’hydrogène en urgence. Une interprétation optimisée a été utilisée, comprenant de multiples facteurs (forme, emplacement, capacités d’admission et d’évacuation de l’entrée/sortie) pour formuler les conditions pour les temps ordinaires et pour une urgence où la concentration d’hydrogène gazeux dans l’installation est maintenue en dessous de la LFL ou de 4 % d’hydrogène en volume.

Si le système de contrôle actif fonctionne mal et qu’une explosion se produit, cet impact devrait être minime. L’évent de type toit du système de ventilation de la déflagration peut réduire à 20 % les dommages causés par la surpression de l’explosion à l’intérieur de l’installation. L’expérience à échelle réelle de déflagration ventilée menée au KICT en 2021 a montré que l’effet maximal de réduction de la surpression pouvait être obtenu en raison d’une chute soudaine de la surpression de souffle lorsque l’évent d’explosion est plus grand que la norme de coefficient de ventilation de 2,2. L’efficacité restait constante quelle que soit la concentration d’hydrogène ou le point de la déflagration. Un autre modèle a été présenté pour calculer la taille de l’évent de type toit pour la conception sûre de l’installation souterraine d’hydrogène. Le modèle amélioré a été construit sur la base du modèle de taille minimale de l’évent spécifié dans le guide NFPA68 de la US National Fire Protection Association pour s’appliquer aux installations souterraines d’hydrogène.

L’équipe de recherche s’est concentrée sur la fusion des fonctions : ventilations en temps normal et après un accident de souffle. Le Dr Kim Yangkyun, chef de l’équipe de recherche, a déclaré : « Le double système de ventilation à commande active et l’évent de type toit constituent une technologie de sécurité intégrée pour les situations d’urgence et de non-urgence, répondant à tous les risques encourus en cas d’accident en tirant le meilleur parti de la section transversale limitée de l’évent.

Légende : L’essai d’explosion d’hydrogène, appelé essai de déflagration avec évent, a été réalisé dans du béton armé avec un évent de toit. Contrairement au cas précédent, de l’hydrogène à 40% a été introduit dans l’appareil, et un évent de type toit a été utilisé pour faire sortir l’onde de choc. La photo montre l’évolution de la boule de feu pendant la déflagration avec évent.

Crédit : Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology

L’Institut coréen de génie civil et de technologie du bâtiment (KICT) est un institut de recherche parrainé par le gouvernement, créé pour contribuer au développement de l’industrie de la construction en Corée et à la croissance économique nationale en développant des technologies sources et pratiques dans les domaines de la construction et de la gestion des terres nationales.

Les recherches menées dans le cadre de cet article, « Développement d’une technologie permettant de garantir la sécurité et l’acceptabilité des infrastructures dans la ville de l’hydrogène », ont été effectuées dans le cadre du programme de recherche du KICT (projet n° 20220232-001) financé par le ministère des Sciences et des TIC.