Le Power-to-gas : une nouvelle voie de valorisation de l'énergie - La vision d'ENGIE
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Le Power-to-gas : une nouvelle voie de valorisation de
l’énergie
La vision d’ENGIE
20 septembre 2017La transition énergétique impose de développer des
flexibilités nouvelles
En 2030, 32% de la consommation finale d’énergies et 40 % de la production
d'électricité seront renouvelables (Loi de Transition Energétique)
Equilibre entre offre et demande de plus de plus en plus difficile à assurer :
— Productions intermittentes des ENR, parfois prévisibles, rarement programmables
— Déficit « peak » vs surproduction « off peak »
— Points de congestion, difficulté à développer les réseaux
La création de nouveaux vecteurs de flexibilité est devenue une nécessité
— Flexibilité de la consommation => nouveaux usages flexibles et « smart grids »
— Flexibilité de la production => le stockage devient stratégique
L’hydrogène, un vecteur de flexibilité à fort potentiel:
Produit par électrolyse, pouvant être stocké et transporté, il joue
un rôle clé dans le développement des énergies renouvelables
20/09/2017 ENGIE LAB CRIGEN- Presentation AFG 2L’hydrogène, une passerelle entre systèmes énergétiques, un
chaînon essentiel pour une valorisation du carbone
Répond à l’ensemble des usages énergétiques: bâtiment, mobilité, industrie…
Combiné avec du CO2 il permet de synthétiser des chaînes hydrocarbonées « vertes »
liquides (méthanol,…) ou gaz. Il contribue ainsi aussi aux objectifs LTE 2030:
— Baisse de la consommation d’énergies fossiles de 30 %
— Réduction des émissions de gaz à effet de serre de 40 %...
Usages énergétiques: bâtiment, quartier Industrie Mobilité Energie (gaz)
MARCHES
CYCLE HYDROGENE VERT
Usages gaz naturel
Pile à
RESEAU GAZ
combustible
Chaleur Eau Electricité
Electricité
Eau
Stockage Methanation
Electrolyse d’hydrogène
20/09/2017 ENGIE LAB CRIGEN- Presentation AFG 3Power to gas: Connecter les systèmes énergétiques… et donc les
marchés permet d’offrir des flexibilités nouvelles
Considérant une intégration forte des énergies renouvelables dans le système
énergétique, en 2030 la surcapacité résiduelle d’électricité renouvelable pourrait
être de 15 TWh/an, valorisable via la filière hydrogène
(Source: étude ADEME, GRTgaz, GRDF 2014)
Au-delà de la valorisation directe de cet
hydrogène dans des usages mobilité,
industrie, bâtiment…
Une première filière Power to gas,
consiste à injecter directement cet
hydrogène dans les réseaux gaz
— Une filière efficace énergétiquement
— Contribuant aux objectifs LTE (part
renouvelable dans la consommation
finale d’énergie, réduction énergies
fossiles et CO2) C’est ce qui est étudié dans les projets GRHYD
— Mais limité techniquement sur le % (ENGIE, GRDF…) et Jupiter 1000 (GRTgaz)
H2 injectable en réseau…(20%?)
20/09/2017 ENGIE LAB CRIGEN- Presentation AFG 4Power to gas: Connecter les systèmes énergétiques… et donc les
marchés permet d’offrir des flexibilités nouvelles
Considérant une intégration forte des énergies renouvelables dans le système
énergétique, en 2030 la surcapacité résiduelle d’électricité renouvelable pourrait
être de 15 TWh/an, valorisable via la filière hydrogène
(Source: étude ADEME, GRTgaz, GRDF 2014)
De plus, 2 TWh de méthane de
synthèse injectés en réseau gaz
pourraient être produits dés 2030,
avec une croissance majeure d’ici
2050 (de 14 à 46 TWh)
Permettant d’utiliser du CO2 issu de la
méthanisation ou gazéification
— Moindre limite technique car
méthane de synthèse ramené aux
spécifications gaz naturel
— Économie circulaire du CO2
— Booste la production de C’est ce qui est étudié dans les projets Jupiter 1000
biométhane renouvelable (GRTgaz) et dans des projets dont ENGIE est partenaire en
réponse à l’AAP « Territoires Hydrogènes »
20/09/2017 ENGIE LAB CRIGEN- Presentation AFG 5ENGIE, acteur engagé pour la transition énergétique, a un
positionnement unique sur l’hydrogène vert
ENGIE s’investit fortement dans le développement des marchés de l’hydrogène vert,
ENGIE est déjà présent sur de nombreux métiers de la chaine de valeur de l’hydrogène:
ENGIE est bien placé pour construire des projets intégrés
Trading d’électricité Installation Services
Production ENR Design et Engineering Exploitation
• Production et distribution • Fournisseur et • Etudes et design • Exploitant de stations • Services intégrés pour les
d’électricité renouvelable gestionnaire • Construction et exploitation de services gaz et H2, clients
• Services réseaux d’énergies systèmes énergétiques management de flottes • Services aux industriels
• Trading, arbitrages • Infrastructures gazières: transport, • Services autour de la • Offre sur les coproduits
distribution, stockages… mobilité (oxygène…)
Au carrefour des systèmes électriques et gaziers, ENGIE développe une
approche systémique et considère le Power to Gas comme une
technologie d’avenir essentielle pour la décarbonation des énergies
20/09/2017 ENGIE LAB CRIGEN- Presentation AFG 6ENGIE, un acteur clé du verdissement du réseau gaz,
investit sur la filière Power to gas
Déjà fortement investit dans les filières biogaz et biomethane, ENGIE souhaite être
initiateur et catalyseur du développement du Power to gas en France et en Europe, et
accompagne des porteurs de projets:
— En partenariat avec les Territoires et les porteurs de technologies, ENGIE et ses
filiales développent des projets R&D ambitieux (MethyCentre, Mhyrabel…),
basés en priorité sur du CO2 issu de la méthanisation
ENGIE Lab CRIGEN soutient le Groupe dans l’identification des différentes
technologies d’électrolyse et de méthanation adaptées, l’évaluation de leur maturité et
performance technico-économique en fonction des marchés ainsi que leur couplage
Les projets de démonstration, actuellement en cours d’instruction permettront:
— D’évaluer un portefeuille de technologies: méthanation biologique, méthanation
catalytique… en fonction des retours d’expériences et attentes des clients
— De contribuer, avec les constructeurs, à l’optimisation des technologies les plus
pertinentes pour augmenter les rendements et réduire les coûts
— D’optimiser le couplage technique des différentes briques du système: production
ENR, électrolyse, methanation, mise aux spécifications…, et la recherche d’un
modèle économique pertinent, véritable challenge du Power to Gas
20/09/2017 ENGIE LAB CRIGEN- Presentation AFG 7Démonstrateurs Power to gas: quelques exemples Projet GRHYD (2014-2019) coordonné par ENGIE, soutenu par l’ADEME
2 démonstrateurs pour évaluer la pertinence d’une
filière Power to Gas… puis déployer la solution
Objectif : produire de l’hydrogène à base d’électricité renouvelable, le
distribuer et l’utiliser localement, en mélange avec du gaz naturel
Une nouvelle énergie pour l’habitat Un nouveau carburant pour les bus
via un projet d’injection d’hydrogène dans un
via le démonstrateur carburant Hythane® à
réseau de distribution de gaz naturel.
échelle industrielle.
Un nouveau quartier d’environ 200 logements
Une station service GNV et des dizaines de bus
sera alimenté par un mélange d’H2 et de gaz
urbains seront adaptés au mélange hydrogène-
naturel, avec des proportions d’H2 variables,
gaz naturel, à hauteur de 20 % H2
de 0% à 20 %.
20/09/2017 ENGIE LAB CRIGEN- Presentation AFG 9GRHYD: de la démonstration à l’industrialisation
Dans le projet GRHYD l’hydrogène est une solution flexible pour stocker, transporter et
donner une nouvelle valeur aux énergies renouvelables intermittentes, via leur
valorisation en gaz vert pour les usages résidentiels urbains et les transports publics
Principales valeurs attendues du projet:
— Augmenter la valeur environnementale
Bénéfices
du gaz naturel en milieu urbain sociétaux
Évolutions
Prix de règlementaires
Une meilleure efficacité énergétique Hythane®
(+ 7% vs GN)
Une diminution des GES et des polluants Bénéfices
locaux (-10%eqCO2 vs GN) environne
Critères
mentaux
techniques
Une réduction de la consommation
d’énergie fossile (remplacée par
l’hydrogène d’origine renouvelable).
— Introduire de l’hydrogène dans le
système énergétique à moindre coût
Préparer le déploiement
de la filière
20/09/2017 ENGIE LAB CRIGEN- Presentation AFG 10Démonstration « injection d’hydrogène en quartier neuf »
Une nouvelle filière gaz vert pour la ville durable
Production Utilisations
Injection Distribution
d’électricité gaz
hydrogène d’un
+ production (chaudières,
en réseau mélange en
H2& radiateurs,
gaz naturel réseau
stockage cuisinières..)
Objectifs Avancement - Résultats
Etudes techniques et Optimisation de la conception de la production H2
dimensionnement selon les besoins en énergie (chauffage, eau chaude
sanitaire, cuisson) et la fourniture d’électricité « verte »
La sécurité est un point majeur Evaluation des risques : études de sécurité
(réglementation actuelle et Le Ministère a publié en juin 2016 un arrêté autorisant
future) l’injection H2 dans le réseau GRDF pour GRHYD
Evaluation des performances Technologies innovantes pour l’électrolyse (PEM) et le
de la production & stockage stockage H2 (sur hybride métallique à faible pression)
de l’H2 « vert »
Evaluation de l’acceptabilité Introduction d’un nouveau « gaz » auprès des habitants
sociale Aucune objection, mais un besoin d’informations
claires et complètes
Evaluation économique et Mécanismes de soutien pour valoriser le caractère
environnementale “renouvelable” de ce gaz “vert” (garantie d’origine, …):
à concevoir
20/09/2017 ENGIE LAB CRIGEN- Presentation AFG 11Projet MHYRABEL, labellisé à l’Appel à Projet « Territoires Hydrogènes » (2017-2022): Un hub hydrogène pour une valorisation centralisée de l’énergie éolienne Partenaires : SODEGER ENGIE Green, ENGIE lab CRIGEN, GNVert, ENGIE Cofely, TRACTEBEL, CEA, Université de Lorraine…
Démarche territoriale pour valoriser les surplus d’énergie éolienne via
l’hydrogène et le Power to gas: Projet MHYRABEL
Objectif du projet :
Déploiement d’un Smart Energy Grid de l’Hydrogène
sur un territoire permettant l’optimisation économique
de ses utilisations, dont la methanation
Apport de flexibilité au réseau électrique et meilleure
gestion de l’électricité renouvelable
Développement de nouveaux usages notamment de
mobilité s’appuyant sur des applications digitales
(autopartage, covoiturage et un mode de financement
innovant)
Evaluer et démontrer la pertinence technique et économique de stocker et valoriser de façon
centralisée des surcapacités d’énergie éolienne via l’hydrogène dans différentes utilisations:
— Hub hydrogène avec une production centralisée d’hydrogène pour des usages multiples: Mobilité,
cogénération, power to power et methanation (basée sur un couplage à venir: methanation/methanisation)
— Explorer les synergies entre les utilisations de l’hydrogène pour trouver un modèle économique
— Démonstration possible sur les meilleurs business cases (labellisé AAP « Territoires Hydrogènes »)
20/09/2017 ENGIE LAB CRIGEN- Presentation AFG 13En synthèse
La filière Power to gas: principales visions de ENGIE
Power to méthane (injection H2 en réseau ou methanation): un modèle économique
non conforté à ce jour, qui devrait devenir favorable dans les années à venir
Des opportunités permettant de favoriser le développement de la filière methanation:
— Le couplage methanation / methanisation
— La production centralisée d’hydrogène avec multivalorisation
Une approche règlementaire à construire:
— Technique: injection réseau
— Mécanismes de soutien: garantie d’origine, tarif de rachat et/ou rémunération de
la valeur verte liée à l’hydrogène injecté et au CO2 évité ou recyclé (notamment
methanation)
Une R&D à développer/amplifier autour des technologies de la filière pour en améliorer
les rendements et en réduire les coûts
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