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PHD Hydrogen Program 2

JOB DESCRIPTION Job Description SummaryJob DescriptionDoctorat – Conception et exploitation optimales d’un système intégré électrolyseur-turbine à combustion tenant compte des contraintes environnementales, économiques et techniques liées au cycle de vie (PhD – Optimal design and operation of an integrated electrolyzer-combustion turbine system considering lifecycle environmental, economic and technical constraints) Job Description SummaryContextDihydrogen (hydrogen or H2 in the following) is more and more commonly seen as an important energy carrier within several national and European decarbonation plans. In such plans, the molecule produced from excess renewables or low-carbon sources can be used in multiple sectors, such as for conversion in electricity. Furthermore, with sector coupling, such as with gas systems, mobility, industry and power grids, one can see the opportunity of using H2 for power-to-power applications, while alleviating intermittent renewable electricity production via chemical storage and on-demand gas-to-electrical power conversion.The combustion turbine is an proven and reliable enabling technology for large scale gas-to-power conversion, its principle lying onto the combustion of a gaseous or liquid fuel. Those assets are also qualified as dispatchable, since their technologies allow provision of various system services to the grid, and currently provide the backbone for most of power grid systems stability, from inertial support, up to frequency or voltage controls, and grid reconstruction capability. While most combustion turbines currently burn fossil fuels, one can develop new technologies for large scale hydrogen combustion with no direct carbon dioxide emission. Such integrated systems could help accelerate the energy transition by enabling the reuse of existing installations with a dispatchable, high power density.Descriptif du posteContexteLe dihydrogène (ci-après dénommé hydrogène ou H2) est de plus en plus souvent considéré comme un important vecteur énergétique dans le cadre de plusieurs plans nationaux et européens de décarbonisation. D’après ces plans, la molécule produite à partir de l’excédent d’énergies renouvelables ou de sources à faibles émissions de carbone peut être utilisée dans plusieurs secteurs, par exemple pour la conversion en électricité. En outre, avec le couplage sectoriel, par exemple avec les systèmes de gaz, la mobilité, l’industrie et les réseaux électriques, on peut voir l’intérêt d'utiliser le H2 pour des applications de production d'électricité, tout en atténuant la production d'électricité renouvelable intermittente grâce au stockage chimique et à la conversion du gaz en électricité à la demande.La turbine à combustion est une technologie de pointe éprouvée et fiable pour la conversion du gaz en électricité à grande échelle. Son principe repose sur la combustion d'un combustible gazeux ou liquide. Ces équipements sont également qualifiés de déployables, car leurs technologies permettent de fournir divers services au réseau et constituent actuellement la fondation sur laquelle reposent la plupart des systèmes de réseau électrique en matière de stabilité, depuis la gestion de l’inertie jusqu’aux contrôles de fréquence ou de tension, en passant par la capacité de reconstruction du réseau. Alors que la plupart des turbines à combustion actuelles brûlent des combustibles fossiles, il est possible de développer de nouvelles technologies pour la combustion d'hydrogène à grande échelle sans émission directe de dioxyde de carbone. Ces systèmes intégrés pourraient contribuer à accélérer la transition énergétique en permettant la réutilisation des installations existantes avec une densité de puissance élevée et déployable.Essential responsibilitiesThis thesis will investigate the environmental and economic value of integrating combustion turbines fed with green hydrogen in several contexts, and provide hints on replicability conditions.The main steps of the thesis will be as follows:Review of the related state-of-the-art and associate challenges, including technologies at lower power scale and lifecycle greenhouse gases estimates for the energy sector.Model the associated electrical systems (one on non-interconnected type, the other of continental grid type), and ancillary services that can be provided.Model economic decisions (profit maximizing firms under different policy and technological situations) in sectors of interest including renewable and low carbon power generation, electrolysis, H2 storage and end uses such as combustion turbine power plant and industrial/mobility needs.Define operation scenarios and case studies in order to provide numerical assessments of lifecycle greenhouse gas emissions (focusing on the carbon abatements in cross-sectoral approach) and economic evaluation metrics such as LCOE.Implement and deliver simulations of the various cases.Define and analyze replicability criteria and conditions.Writing of the thesis document and defense.The selected applicant will also be expected to:Actively participate in the conceptual design for hydrogen-based ecosystems, including sales and demonstrator support,Publish in international journals and conferences,Participate in project meetings, in the writing of deliverables as well as in communication and dissemination events,Participate in the scientific activities of the respective laboratories and universities.Principales responsabilitésCette thèse examinera comment le couplage étroit d’électrolyseurs et de turbines à combustion situés au même endroit peut apporter des avantages en termes de performance, d’économie et d’impact environnemental.Les principales étapes de la thèse seront les suivantes :Examen de l’état des connaissances et des défis associés, y compris le vieillissement et le contrôle des systèmes (électrolyseur et turbine à combustion) et les estimations relatives aux gaz à effet de serre sur le cycle de vie pour le secteur de l'énergieÉvaluer la possibilité et les avantages de coupler la conception du système et l'exploitation des parties auxiliaires des électrolyseurs et des turbines situés au même endroitDéfinir la fenêtre d'opérabilité pour chacun des équipements, en fonction des performances, des émissions, de la durée de vie coordonnée du composant (vieillissement) et de l'impact des facteurs de maintenanceValider les stratégies d’opérabilité par l’expérimentation sur les bancs de test existantsAnalyser la viabilité économique de différentes études de cas. Analyser l’empreinte économique des gaz à effet de serre (basée sur le cycle de vie) pour la solution par rapport à l’état des connaissances. Appliquer des variantes en fonction de la taille du réseau et de l'équipementRédaction du document de thèse et soutenanceLe/La candidat(e) sélectionné(e) devra également :Participer activement à la conception d'écosystèmes basés sur l'hydrogène, y compris le soutien aux ventes et aux démonstrationsPublier dans des revues et conférences internationalesParticiper aux réunions de projet, à la rédaction des livrables ainsi qu’aux événements de communication et de diffusionParticiper aux activités scientifiques des laboratoires et universités concernésRequired QualificationsMaster’s or ingénieur degree in electrical engineering, thermal engineering, applied mathematics or a related field,Interest for energy issues and research,Knowledge, interest or learning capacities to implement standard microeconomic modelingKnowledge in carbon footprint and life-cycle emissions estimates,Experience with Python and/or Matlab programming,Experience with a power system simulation software (ETAP, PowerFactory, etc.),Fluent written and oral English required, ability to communicate in French appreciated.Qualifications requisesBAC+4 ou diplôme d'ingénieur en génie électrique, en génie thermique, en mathématiques appliquées ou dans un domaine connexeIntérêt pour les questions énergétiques et la rechercheConnaissance de l’empreinte carbone et des estimations des émissions sur le cycle de vieExpérience de programmation sous Python et/ou MatlabExcellente maîtrise de l’anglais tant à l’oral qu’à l’écrit (obligatoire), capacité à communiquer en français (appréciée)Additional InformationRelocation Assistance Provided: No

PHD Hydrogen Program 2

GE Gas Power
39100 Dole
Full time

Published on 01/24/2022

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