Stocker les énergies renouvelables dans les réseaux de gaz naturel

Le Power To Gas est la trans­for­ma­tion par élec­tro­lyse de l’électricité excé­den­taire en hydro­gène pour assu­rer un sto­ckage par injec­tion dans les infra­struc­tures gazières exis­tantes. On peut éga­le­ment pro­cé­der à une métha­na­tion avec apport de CO₂ par cata­lyse. Le démons­tra­teur Jupi­ter 1000 à Fos-sur-Mer est en construction. 

Atteindre les objec­tifs de la COP 21 néces­site, au-delà des efforts indis­pen­sables d’efficacité éner­gé­tique, de déve­lop­per mas­si­ve­ment les éner­gies renou­ve­lables, notam­ment pour la pro­duc­tion d’électricité.

Cette part crois­sante des éner­gies renou­ve­lables bou­le­verse les sys­tèmes éner­gé­tiques : alors que, aujourd’hui, la pro­duc­tion s’adapte à la consom­ma­tion, à l’avenir, l’électricité étant de plus en plus pro­duite à par­tir d’énergies renou­ve­lables essen­tiel­le­ment aléa­toires et inter­mit­tentes, l’adaptation de la pro­duc­tion à la consom­ma­tion exi­ge­ra des approches nou­velles, avec la mise en œuvre de plu­sieurs leviers. 

COMMENT S’ADAPTER À LA VARIABILITÉ DU RENOUVELABLE ?

D’abord, en modu­lant la pro­duc­tion des moyens tra­di­tion­nels : à cet égard, les cycles com­bi­nés à gaz répondent à ce besoin. 

Ensuite, en impor­tant ou expor­tant vers les régions ou les pays voi­sins, dans la limite des inter­con­nexions dis­po­nibles. En inci­tant les uti­li­sa­teurs à adap­ter leurs consom­ma­tions en envoyant les bons signaux (soit tari­faires, soit via Inter­net) : c’est tout l’intérêt des smart grids.

“ Le Power to Gas ne nécessite pas de rupture technologique ”

Enfin, en uti­li­sant des moyens de sto­ckage : au-delà des moyens tra­di­tion­nels (bat­te­ries, volants d’inertie, sta­tions de pom­page), le Power to Gas est assu­ré­ment le moyen le plus pro­met­teur pour assu­rer le sto­ckage mas­sif et dans la durée d’électricité d’origine renouvelable. 

L’hydrogène pro­duit par élec­tro­lyse de l’eau peut être uti­li­sé à dif­fé­rentes applications : 

• dans l’industrie, par exemple comme matière pre­mière (power to che­mi­cal) ;
• pour la mobi­li­té (power to mobi­li­ty), l’hydrogène est uti­li­sé dans des piles à com­bus­tible pour ali­men­ter des véhi­cules élec­triques ou en mélange avec du gaz natu­rel pour ali­men­ter des moteurs à com­bus­tion interne ; 
• pour la pro­duc­tion d’électricité (power to power) pour des sys­tèmes iso­lés ou insulaires ; 
• enfin, l’hydrogène peut éga­le­ment être injec­té dans les réseaux de gaz natu­rel direc­te­ment ou sous forme de méthane de syn­thèse après métha­na­tion, c’est-à-dire recom­bi­nai­son de l’hydrogène avec du gaz carbonique. 

Construc­tion d’une cana­li­sa­tion pour le trans­port de gaz natu­rel. © OLIVIER JACQUES

DES PROJETS PROMETTEURS

Le Power to Gas ne néces­site pas de rup­ture tech­no­lo­gique. Cepen­dant, son indus­tria­li­sa­tion et son inté­gra­tion néces­sitent la mise en place de démons­tra­teurs et de pilotes indus­triels afin d’optimiser les dif­fé­rentes briques technologiques. 

“ Le Power to Gas contribue à réduire les importations de combustibles fossiles ”

À Dun­kerque, le pro­jet GRHYD déve­lop­pé sous l’égide d’Engie conver­tit l’énergie éolienne en hydro­gène. Engie et trois de ses filiales (GRDF, GNVert et Cofe­ly Ineo) se sont asso­ciés au sein d’un consor­tium avec des équi­pe­men­tiers (Are­va H2Gen et McPhy), des struc­tures publiques (CEA, Ineris), un centre tech­nique (Cetiat), un exploi­tant de réseau de trans­port urbain (STDE) et avec la Com­mu­nau­té urbaine de Dun­kerque, ter­ri­toire d’accueil du projet. 

L’hydrogène pro­duit est injec­té dans le réseau de dis­tri­bu­tion de gaz natu­rel jusqu’à une pro­por­tion de 20 % en volume (le mélange ain­si for­mé s’appelle hythane) pour ali­men­ter une flotte de 50 bus à gaz et un lotis­se­ment neuf de 200 logements. 

Le démons­tra­teur indus­triel Jupi­ter 1000, dont la mise en ser­vice est pré­vue en 2018.

UN ATOUT MAJEUR POUR LA TRANSITION ÉNERGÉTIQUE

Le Power to Gas per­met de mieux inté­grer les éner­gies renou­ve­lables au sys­tème éner­gé­tique et de valo­ri­ser ain­si des éner­gies qui, en son absence, seraient perdues. 

L’étude fine de l’application des dif­fé­rents moyens tra­di­tion­nels de sto­ckage (chauffe-eau, véhi­cule élec­trique, STEP, etc.) aux chro­niques annuelles de tem­pé­ra­ture montre que ces moyens de sto­ckage ne pré­sentent pas un volume et une flexi­bi­li­té suf­fi­sants pour absor­ber les sur­plus d’électricité : quelques téra­watt­heures en 2030, 30 à 90 TWh à l’horizon 2050 selon cer­tains scénarios. 

La conver­sion d’électricité excé­den­taire en hydro­gène et son injec­tion dans les réseaux de gaz natu­rel per­mettent, en ayant recours aux infra­struc­tures exis­tantes, d’éviter tout nou­vel inves­tis­se­ment spé­ci­fi­que­ment dédié au stockage. 

Sur la base d’une consom­ma­tion annuelle de gaz natu­rel de 400 TWh, un taux d’hydrogène de 6 % en volume (soit 2 % en éner­gie) per­met de sto­cker 8 TWh. La conver­sion de l’hydrogène en méthane de syn­thèse per­met en outre de s’affranchir de cette limite. 

À noter enfin que le Power to Gas peut appor­ter des ser­vices au réseau élec­trique et par­ti­ci­per aux ser­vices sys­tèmes, ser­vices opé­ra­tion­nels que l’opérateur de réseau met en œuvre pour assu­rer un bon fonc­tion­ne­ment des réseaux élec­triques et garan­tir un appro­vi­sion­ne­ment en élec­tri­ci­té sûr et continu. 

L’hydrogène étant pro­duit loca­le­ment grâce à l’énergie renou­ve­lable, le Power to Gas contri­bue à réduire les impor­ta­tions de com­bus­tibles fos­siles et per­met par là même d’améliorer la balance com­mer­ciale. Assu­rant le sto­ckage de l’électricité excé­den­taire, le Power to Gas favo­rise le déve­lop­pe­ment des pro­duc­tions élec­triques renou­ve­lables natio­nales, géné­ra­teur d’emplois et offrant des oppor­tu­ni­tés d’exportation de ces technologies. 

Ain­si, le Power to Gas apporte la flexi­bi­li­té néces­saire au sys­tème élec­trique et per­met une meilleure inté­gra­tion des éner­gies renou­ve­lables dans le sys­tème éner­gé­tique. Il est le seul moyen d’assurer un sto­ckage mas­sif et sai­son­nier de l’électricité.

Le Power to Gas crée des pas­se­relles entre les réseaux élec­triques et gaziers et, à tra­vers la ges­tion coor­don­née des réseaux qu’il impose (réseaux de gaz natu­rel, réseaux élec­triques, éven­tuel­le­ment réseaux de cha­leur), il per­met­tra de construire le sys­tème éner­gé­tique intel­li­gent du futur, l’« ener­net » selon l’expression de Joël de Rosnay.

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