Contribution de la Recherche et Innovation (CRIGEN) aux réseaux de distribution gaz intelligents

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1 Assemblée Générale du 4 avril 2014 AFG Méditerranée Contribution de la Recherche et Innovation (CRIGEN) aux réseaux de distribution gaz intelligents Olivier Turc Centre de Recherche et Innovation Gaz et Energies Nouvelles Chef de la Thématique «Performance des Opérateurs de Réseaux Gaz»

2 La Recherche et l Innovation accompagne GrDF et le réseau de distribution gaz dans les transformations à venir 1. Présentation du Centre de Recherche et Innovation Gaz et Energies Nouvelles (CRIGEN) 2. Les fonctionnalités à développer pour placer le réseau de distribution de gaz au cœur de la transition énergétique 3. Amélioration de l efficacité de la distribution à travers l implémentation des TIC et des Nanotechnologies o Exemple du Projet GONTRAND 4. Préparation du réseau de distribution à accueillir de nouveaux gaz o Exemple de l hydrogène avec le Projet GRHYD Avril 2014 Centre de Recherche et Innovation Gaz et Energies Nouvelles 2 2

3 Le Centre de Recherche et Innovation Gaz et Energies Nouvelles R & D et expertise opérationnelle dédié aux métiers du gaz, aux énergies nouvelles et aux technologies émergentes Nos missions : Créer de la valeur chez nos clients par l innovation technologique, l expertise opérationnelle et la conception de nouveaux produits/services validés dans nos laboratoires et centres de calcul Concevoir, piloter et réaliser des projets innovants visant la sécurité et la performance industrielle des infrastructures gazières, le développement d offres et de services énergétiques pour les clients finaux Favoriser l introduction de technologies émergentes (technologies numériques, nanotechnologies, gaz verts ) dans les métiers du Groupe Avril 2014 Centre de Recherche et Innovation Gaz et Energies Nouvelles 2 3

4 Le Centre de Recherche et Innovation Gaz et Energies Nouvelles Offres de R & D et d expertise GNL Maîtrise des risques industriels Réseaux aciers / réseaux polyéthylène Caractéristiques des gaz et comptage E&P / Stockage de gaz Captage, Transport et Stockage du CO2 Eco-quartier : ville de demain : bâtiment Mobilité durable Evaluation environnementale / ACV Efficacité énergétique dans l industrie Usine éco-conçue Conversions énergétiques, gaz renouvelables, Power to Gas Technologies numériques Nanotechnologies Smart technologies Décembre 2013 Centre de Recherche et Innovation Gaz et Energies Nouvelles 3 4

5 Les fonctionnalités à développer pour placer le réseau de distribution de gaz au cœur de la transition énergétique Permettre aux consommateurs de maîtriser leur demande Développer l intelligence des usages Améliorer l efficacité de la distribution Intégrer les gaz renouvelables Favoriser la coopération des réseaux à la maille locale Décembre 2013 Centre de Recherche et Innovation Gaz et Energies Nouvelles 3 5

6 Améliorer l efficacité de la distribution à travers l implémentation des TIC et des Nanotechnologies : de la télésurveillance à la conduite Une contribution forte au Projet Télé-exploitation (TEX) de GrDF Projet GONTRAND Un parc de 3000 équipements Essentiellement de la télésurveillance Des supervisions locales Une exploitation centralisée au sein des Bureaux d Exploitation 1 er palier TEX Industrialisation de la télésurveillance Télésurveillance MPC/MPB et BP Télésurveillance PC Centralisation des supervisions Déploiement superviseurs en BEX 2 ème palier TEX Outil unique de Surveillance du Réseau Modernisation et convergence des outils d aide à la décision en BEX Préparation à la conduite de réseau 3 ème palier TEX Télé-conduite du Réseau Déploiement de la conduite active du réseau Convergence avec le projet comptage (AMR) Pilotage généralisé des injections biométhane

7 Les ambitions du Projet GONTRAND (17 ème appel à projet du FUI) Piloter le réseau en temps réel afin de maximiser les injections de gaz verts tout en maintenant un niveau de sécurité élevé Simplifier et renforcer l aide à la décision en Bureau d Exploitation pour accroître la sécurité et la qualité de service aux clients Disposer d un système complet (plateforme, composants télécom et capteurs) pour une conduite du réseau sécurisée et résiliente Labellisé par 5 pôles de compétitivité Lancement à l été Durée de 36 mois

8 Les objectifs du Projet GONTRAND (17 ème appel à projet du FUI) Un consortium de 11 partenaires Les 2 ELD principales impliquées comme End Users

9 La cible : une conduite efficace en recherchant un optimum entre simulation et instrumentation du réseau Convergence entre les outils de l exploitant Développement de la simulation dynamique du réseau Conduite interactive des réseaux Développement et validation de capteurs/actionneurs communicants 9

10 La plateforme de conduite : des exemples de premières fonctionnalités Des informations pour renforcer la contextualisation Des vues schématiques pour faciliter la prise de décision 10

11 L apport des capteurs issus des nanotechnologies Encombrement réduit Faible cout Multifonction Propriétés Faible consommation énergétique Communication sans fil RFID Transmission de données, détection, localisation Capteurs physique Capteurs P, T, Q Capteurs chimique Analyse qualité du gaz, Détection de fuite CAPEX +1% pour Ø 90mm Accès instantané aux données réseaux Géolocalisation OPEX estimé : -60% Télésurveillance des postes de détente OPEX estimé : -60% Analyse temps réel de la qualité du gas

12 Un exemple d instrumentation : Nano-Analyseur gaz Situation de l analyse terrain aujourd hui Difficultés Pas d analyse en ligne prélèvements Conditionnement Représentativité de l échantillon prélevé? Prélèvement, transfert et analyse de l échantillon nécessitent un personnel formé Il n existe pas un seul appareil pour effectuer l ensemble des analyses Coût d analyse élevé Besoin d une solution permettant d effectuer simplement et à coût relativement faible des analyses in situ et en continu Montée en puissance de travaux R&D dans le cadre du Projet GONTRAND (engagés depuis 2011) 12

13 Un exemple d instrumentation : Nano-Analyseur gaz Partenariat entre le CRIGEN, la start-up APIX et le CEA LETI Avantages attendus Faible encombrement, portable Très peu consommateur de gaz vecteur Souplesse dans le choix du gaz vecteur Analyses très rapides, en continu et in situ Analyse de plusieurs composés en même temps Plug & Play (éléments interchangeables) Coût relativement faible (diminution CAPEX et OPEX) Objectifs Mesurer en continu CH4, N2, O2, CO2, H2S, THT Calculer le PCS 13

14 La transformation des mix énergétiques impose de développer des flexibilités nouvelles Les énergies renouvelables intermittentes se développent Eoliens on et offshore, photovoltaïque, énergies marines, etc. L équilibre entre l offre et la demande, de plus de plus en plus difficile à assurer, menace la stabilité du système et dégrade la qualité de fourniture productions intermittentes des ENR, plus ou moins 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 au niveau de la consommation => nouveaux usages flexibles et «smart grids» Flexibilité au niveau de la production respect de l environnement et réduction des émissions de gaz à effet de serre comme fil directeur Le Power to gas, un vecteur de flexibilité à potentiel

15 Le «Power to Gas» génère des synergies entre les systèmes électriques et gaziers

16 «Business concept» du «Power to Gas» Tirer parti de prix bas d électricité sur les marchés, engendrés par des surproductions intermittentes d électricité à faible coût marginal, pour produire des gaz combustibles (hydrogène ou méthane de synthèse) facilement stockables et transportables dans les infrastructures existantes de gaz naturel. 4 atouts différentiant Stocker de très grandes quantités d énergie sur de très longues périodes (jusqu à plusieurs mois) Transporter de l énergie en utilisant les réseaux de gaz naturel Arbitrer les marchés entre la production d électricité et les autres utilisations du gaz = «Power to Gas» «not to Power» (option) Forte capacité du système gazier à absorber/amortir des productions intermittentes et variables Le «Power to Gas» : une activité au carrefour des métiers de GDF SUEZ Production d électricité, transport, stockage, distribution et commercialisation de gaz, arbitrages sur les marchés gaz et électricité, valorisation du CO 2 (services)

17 Les partenaires, des acteurs sur l ensemble de la chaîne de l énergie 30/01/2014 Présentation du projet GRHYD 17

18 Le projet GRHYD ou «l Hydrogène au service de la ville durable» GRHYD, projet Hydrogène sur la chaîne de l énergie énergie, jusqu à la ville et ses habitants GRHYD, acteur de la transition énergétique Valorise les EnR intermittentes Réduit les émissions de CO2 Innove dans une filière industrielle nouvelle (plan Montebourg) Développe une activité locale et sensibilise les citoyens 30/01/2014 Présentation du projet GRHYD 18

19 2 démonstrations pour explorer de nouveaux marchés Valorisation sur le réseau électrique Sources d électricité renouvelables ou peu carbonées Electricité excédentaire = Production d Hydrogène par électrolyse et distribution carburant Electricité excédentaire = Production d Hydrogène par électrolyse et distribution gaz Types de valorisation de l électricité Démonstrateur préindustriel Hythane flotte de bus à Dunkerque Démonstrateur R&D injection 6% à 20% d Hydrogène en réseau de distribution et utilisations gaz, pour un quartier neuf à Dunkerque 30/01/2014 Présentation du projet GRHYD 19

20 Annexes Décembre 2013 Centre de Recherche et Innovation Gaz et Energies Nouvelles 3 20

21 Présentation du nano-gc Tout comme un GC, le nano-gc se base sur 3 grandes fonctions : 1.Injection 2.Séparation 3.Détection Nano-colonne silicium Détecteur NEMS 21

22 Présentation du nano-gc : injection 1.Injection Injecteurs actuels terrain Micro-injecteurs de la nano-gc Technologie mature, utilisée dans certaines applications commercialisées aujourd hui 22

23 Présentation du nano-gc : séparation 1.Injection 2.Séparation Colonne actuelle Nano-colonne Silicium du nano-gc Technologie émergente, utilisée dans certaines applications commercialisées aujourd hui 23

24 Présentation du nano-gc : détection 1.Injection 2.Séparation 3. Détection Réseau de détecteurs NEMS : détecteurs gravimétriques Technologie en rupture complète avec les détecteurs des analyseurs traditionnels Détecteur NEMS : nano-poutre vibrante de dimensions : 3 µm 300 nm 160 nm COPIL DECQO Nano-GC Julie Delahaye 05/03/

25 Présentation du nano-gc : détection 1.Injection 2.Séparation 3. Détection Avantages intrinsèques Très bonne sensibilité Détection d une multitude de composés Grande plage dynamique Grande robustesse Faible coût de fabrication 25

26 Concept et business model : «Power to H 2 to CH 4 to Gas» Le «Power to Gas» devrait devenir une réalité sur le marché à un horizon de 5 à 10 ans en bénéficiant de l évolution structurelle de la production intermittente de l électricité à partir d EnR et de l arrivée à maturité de nouvelles technologies d électrolyseur. Power to H 2 Power to CH 4 Direction Recherche et Innovation / OPECST

27 Le CRIGEN est le centre de R & D et d expertise opérationnelle du groupe GDF SUEZ dédié aux métiers du gaz, aux énergies nouvelles et aux technologies émergentes. Direction Recherche & Innovation Centre de Recherche et Innovation Gaz et Energies Nouvelles 361 avenue du Président Wilson Saint-Denis La Plaine France Tél : +33 (0)