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Charlotte de Lorgeril est Associate Partner dans le secteur Energies, Utilities & Environnement au sein du cabinet Sia Partners.

Transformer l'électricité en gaz : un moyen de soutenir les énergies renouvelables


lundi 28 octobre 2013

La grande question est de stocker et de mieux utiliser l'électricité générée par le solaire et l'éolien quand ils produisent à plein. Le procédé Power-to-Gas est une solution.


Voir l'article détaillé avec graphiques sur "Energies et environnement"? Un article de Charlotte de Lorgeril et  Noël Courtemanche

Dans un contexte de transition énergétique, les marchés de l'électricité et du gaz sont en pleine mutation. Le développement massif des énergies renouvelables soulève de nombreuses interrogations notamment sur la gestion de l'intermittence de la production électrique, la gestion des pointes de consommation et la problématique du stockage de l'électricité.

Plusieurs solutions sont aujourd'hui à l'étude pour y répondre. Le Power-To-Gas est l'une d'entre elles.

Le principe est simple : il consiste à transformer les surplus d'électricité, généralement d'origine solaire ou éolienne, en hydrogène et en méthane synthétique stockables et utilisables ensuite pour des applications variées.

Les étapes

- La première étape consiste à convertir l'électricité en hydrogène par électrolyse de l'eau sous l'action d'un courant électrique.

- La deuxième étape consiste à faire réagir l'hydrogène ainsi produit via l'ajout de dioxyde de carbone (CO2) pour générer du méthane et de l'eau : c'est la méthanation. Cette étape permet par la même occasion de valoriser le CO2 qui peut être issu par exemple d'installations de biogaz et/ou de rejets industriels.

Entre les deux étapes d'électrolyse et de méthanation, l'hydrogène peut être stocké temporairement sous forme liquide, gazeuse ou solide. Des entreprises françaises comme Air Liquide, Mc Phy, ou Hélion (Aréva) proposent déjà ce type de solutions de stockage.

Les technologies utilisées lors de ces différents processus ne sont pas nouvelles. La réelle innovation réside dans la combinaison et l'intégration de ces deux étapes. De nombreux projets de R&D s'attachent d'ailleurs aujourd'hui à améliorer le rendement global de ces dispositifs, leur durée de vie, et à réduire les coûts de fabrication.

Les usages des gaz

L'hydrogène et le méthane ainsi ont plusieurs utilisations possibles :

- La première option consiste à injecter le gaz produit dans les réseaux de transport et de distribution existants. Deux choix peuvent se présenter : injecter directement l'hydrogène, en quantité limitée, ou injecter du méthane synthétique qui possède les mêmes caractéristiques que le gaz naturel auquel il est mélangé.
 
- Une seconde application consiste à réutiliser le gaz produit via une centrale de cogénération ou des piles à combustible pour produire de l'électricité et de la chaleur.

- L'hydrogène et le méthane synthétique peuvent également servir à alimenter des véhicules équipés de piles à combustibles ou des véhicules roulants au GNV (gaz naturel véhicule). Il est ainsi possible d'utiliser les infrastructures de distribution de GNV et d'hydrogène existantes.

- Enfin, l'hydrogène qui occupe une place importante dans plusieurs secteurs d'activités peut être utilisé en grande quantité par les industries pétrochimique, métallurgique, ou agroalimentaire. Il est aussi possible de le transformer en d'autres composants comme le méthanol et l'acide chlorhydrique pour l'industrie chimique.
 
Il reste encore du chemin à parcourir. Il manque principalement aujourd'hui des signaux politiques et réglementaires forts qui permettraient d'accompagner le développement de la filière à l'image du biogaz qui bénéficie d'une règlementation structurée et incitative.



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12 commentaire(s)
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Commentaire par un physicien
lundi 28 octobre 2013 16:00
." De nombreux projets de R&D s'attachent d'ailleurs aujourd'hui à améliorer le rendement global de ces dispositifs, leur durée de vie, et à réduire les coûts de fabrication." Et pour cause, actuellement ces paramètres sont catastrophiques. Chiche que vous les publiiez ?
[2]
Commentaire par SunnyBoy
mardi 29 octobre 2013 08:52
Illustration vidéo: http://www.youtube.com/watch?v=wLloSy-OWZ4
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Commentaire par Bobby
jeudi 31 octobre 2013 11:02
Mais puisqu'on vous dit que c'est impossible de stocker l'énergie électrique !!! Vous ne seriez pas à la solde des crypto-écologistes-anti-nucléaires ?
[4]
Commentaire par Solar Na Klar
vendredi 01 novembre 2013 21:00
La techno Power-to-gaz est développée quasiment à 100% par l'Allemagne. Ici la liste des principaux sites pilotes http://www.powertogas.info/power-to-gas/interaktive-projektkarte.html
[5]
Commentaire par Solarhome
vendredi 01 novembre 2013 21:23
Le commentaire de "Physicien" montre une méconnaissance du fonctionnement d'un mix énergétique basé sur les ENR à l'échelle d'un pays. Avec les technologies solaire et éoliennes développées à grande échelle on obtient inévitablement des surproductions significatives d'électricité sur de courtes durées qui seront non valorisées ou perdues, par ex. en déconnectant les éoliennes du réseau. C'est précisément là qu'intervient la techno power-to-gaz car elle permettrait de fabriquer en grand volume du gaz de synthèse pendant des périodes assez brèves (quelques heures), contrairement aux batteries qui supportent mal des cycles rapides de charge/décharge. Donc même avec un rendement faible ça permet quand même de stocker, au final, ces grands volumes d?électricité sur une longue période. Ainsi, l?Allemagne pourrait théoriquement stocker 2 mois de consommation électrique avec la techno power-to-gaz, c'est largement plus qu'il ne leur en faudrait pour combler les périodes non productives du solaire et de l'éolien.
[6]
Commentaire par un physicien
dimanche 03 novembre 2013 22:14
@Solarhome " des surproductions significatives d'électricité sur de courtes durées ... même avec un rendement faible ... l'Allemagne pourrait théoriquement stocker 2 mois de consommation électrique " une surproduction pendant de courtes durées avec un rendement faible donnerait donc toute la production pendant deux mois ! Nous n'avons pas la même conception de l'arithmétique.
[7]
Commentaire par solarhome
lundi 04 novembre 2013 12:16
@physicien, Je sais plus si c'est vous qui faisiez la remarque (judicieuse) suivante: "il faut 4 fois plus de puissance installée en solaire ou éolien pour avoir une production équivalente nucléaire, déjà 70 GW de pv + éolien en Allemagne pour "seulement" 25% du mix électrique...". C'est justement pour résoudre ce paradoxe qu'est mis au point la techno power-to-gaz: A certains moments favorables (vent fort et/ou grand soleil) les éoliennes / pv vont tourner à plus de 70% de leur puissance nominale et donc la surproduction sera énorme, il faudra trouver de grande capacités de stockage pour "accueillir" en quelques dizaines d'heures ou quelques jours cette surproduction. De plus il faudra être capable de "conserver" cette surproduction pendant plusieurs mois. Les batteries te les barrages ne pourront donc pas y satisfaire, seul le stockage via le réseau de gaz domestique peut y répondre.
[8]
Commentaire par un physicien
mercredi 06 novembre 2013 10:41
@Solarhome, selon "Electricity production from solar and wind in Germany in 2012 FRAUNHOFER INSTITUTE FOR SOLAR ENERGY SYSTEMS ISE Prof. Dr. Bruno Burger 08, 2013" pv +eolien font 5% et 8.2% du mix électrique.
[9]
Commentaire par Hervé
jeudi 07 novembre 2013 22:00
"....vont tourner à plus de 70% de leur puissance nominale et donc la surproduction sera énorme, il faudra trouver de grande capacités de stockage pour "accueillir" en quelques dizaines d'heures ou quelques jours cette surproduction...." Il risque fort de ne pas y avoir que les capacités de stockage qui seront énormes, les couts le seront également! Avant de développer tout cela, pourquoi les allemands ne se contentent ils pas de bruler leur surproduction dans des résistances en remplacement de leur énorme consommation de gaz? La réponse doit certainement être cherchée du coté du différentiel prix du gaz et prix de l'éolien pour comprendre... (quand on développe a grande échelle, on ne peut pas s'assoir sur le volet économique).
[10]
Commentaire par Solarhome
dimanche 10 novembre 2013 09:55
@physicien Oui la part éolien+pv dans le mix électrique Allemand n'est en 2013 que de 15% (à comparer tout de même avec 2% pour la France...), les 10% restant c'est les autres ENR (hydrau, biomasse..). Cela ne remet pas en cause le raisonnement de la techno power-to-gaz pour l'avenir: il va y avoir de plus en plus de périodes de surproduction solaire/éoliennes en Allemagne et après 2020 il faudra obligatoirement trouver des techno de stockage à grande échelle......@Hervé Donc comme je le disais à Physicien de très grandes capacités de stockage gaz existent en Allemagne, l'équivalent de 3 mois de consommation électrique: 200 TWh. Idem en Italie: 100 TWh ou le solaire contribue déjà à 8% du mix électrique. D'autre part il existe encore des capacités de stockage (sous terre) non exploitées, faute de besoins. Le stockage via le chauffage de l'eau peuvent aussi se développer mais les capaités n'atteindront jamais celles du gaz. Et surtout le power-to-gaz va apporter à plus long terme une solution écologique pour les transports, c'est ce qu'explique Audi ici: http://www.youtube.com/watch?v=wLloSy-OWZ4
[11]
Commentaire par un physicien
lundi 11 novembre 2013 13:36
Dans le Frankfurter Allgemeine Zeitung du 19 février, Peter Altmaier affirme que « les coûts de la réforme de l'énergie et de la restructuration de l'approvisionnement énergétique pourraient s'élever à environ mille milliards d'euros d'ici la fin des années 2030 » Principalement du fait du photovoltaïque...(5%)
[12]
Commentaire par Solarhome
lundi 11 novembre 2013 19:55
@Physicien Altmaier a fait preuve de la même malhonnêteté intellectuelle que les Politiciens et Technocrates de notre belle Atom'Cratie qui ne voient pas plus loin que leur réélection et leur croyance aveugle dans le tout nucléaire. En effet tout e monde sait que les couts pour "ne rien changer" seront de quelques centaines de milliards d'euros car en ne changeant rien il faudra quand même investir pour l'usure des réseau de distribution, la maintenance/sécurisation/mise à niveau des centrales nuc et il faudra bien payer les hausses du pétrole, gaz, charbon etc...Au final la différence des dépenses pourrait être assez faible (on n'arrivera jamais à la prédire avec précision). C'est surtout au niveau de la sécurité, de l'indépendance énergétique, des exportations et créations d'emplois que ceux qui investiront dans une Transition énergétique sortiront grands gagnants.
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