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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