Le stockage géologique d'énergie sous forme d hydrogène. Anne-Gaëlle Bader BRGM Dir. Géoressources Géologie des Bassins et des Stockages

Transcription

1 Le stockage géologique d'énergie sous forme d hydrogène Anne-Gaëlle Bader BRGM Dir. Géoressources Géologie des Bassins et des Stockages Journée hydrogène naturel SGF Paris 30/0/2015

2 Le stockage d énergie dans le sous-sol > L introduction d une part croissante d énergies renouvelables intermittentes (éolien et solaire) dans le mix électrique déséquilibre la stabilité des réseaux. > La décarbonation du mix électrique décidée par les politiques publiques peut offrir aujourd hui un contexte favorable au déploiement de solutions de «stockage d énergie». > Hydrogène = Vecteur énergétique. > Stocker de l hydrogène revient à stocker de l énergie. > 2

3 Variation de la production > Eolien et solaire sont des énergies intermittentes Déficit: Périodes anticycloniques ou baisse de la production par manque d ensoleillement. Peut nécessiter le démarrage de centrales thermiques comme moyen de régulation. Surplus: Forte production en période de faible demande. Exemple en Allemagne Dark calm : période anticyclonique hivernale de plusieurs semaines. Umweltbundesamt report, "Energy target 2050: 100% renewable electricity supply" > 3

4 A-t-on besoin de stocker de l énergie? > Modélisation déficit / surplus en Allemagne 1. Sans prise en compte de la mobilité, des pompes à chaleur et de l AC 2. Avec prise en compte de la gestion de la consommation Umweltbundesamt report, "Energy target 2050: 100% renewable electricity supply. > 4

5 A-t-on besoin de stocker de l énergie? > La France représente une exception dans le paysage énergétique européen. > L étude PEPS ne soulevait pas un besoin de stockage massif d ici Besoins éventuels peuvent être satisfaits par des stations de pompage, les batteries... > D autres études, au contraire, prédisent un besoin complémentaire massif (fonction des scénarii de modélisation et de la part du nucléaire). > 5

6 Motivations du stockage d énergie > Le stockage d énergie est donc une solution possible pouvant être mise en œuvre pour gérer les intermittences et garantir la stabilité sur les réseaux. > C est également une opportunité économique pour réguler la volatilité du marché de l'électricité réduire les coûts de consommation d'électricité améliorer le rendement du parc de production d électricité renouvelable (solaire et éolien). > 6

7 Technologies de stockage de l électricité Source: ITM Power > L utilisation du sous-sol est envisagée pour plusieurs techniques ayant toutes un point commun : la nécessiter de stocker de grandes quantités d énergie (stockage massif). > 7

8 Power to Gas H 2 Storage > Concept: Convertir l électricité en 02 et H2 par électrolyse de l eau H2 peut être utilisé pour: la ré-électrification (PaC) l injection dans le réseau de gaz (5-10% maximum) et turbinage la génération de CH4 > 8

9 Comparaison des solutions de stockage massif d H2 Source : FP7 project HyUnder Deliverable 3.3 : Benchmarking of Selected Storage Options (2013) > 9

10 Stockage d H2 en cavité saline - Expérience USA, Gulf coast 3 x 1 caverns Each ~ 600,000 m 3 Pressure up to 150 bars Depth : 800 1,400 m Usage : petro industry Teesside, UK 1 x 3 caverns 3 70,000 m 3 Pressure 45 bars Depth : 400 m Usage : petro industry > 10

11 Stockage d H 2 en gisement déplété de gaz - Expérience Pilote conduit par HyChico S.A. sur le site Diadema, Patagonie, Argentine Parc éolien important A forte capacité de développement 850,000 Nm 3 /an d hydrogène produit Objectif : Stockage pour ré-électrification via turbinage > 11

12 Mixed gas storage Depleted field experimentation Underground Sun Storage Research project coordinated by RAG - Austria > Evaluate the impact of up to 10% of hydrogen on underground gas storage. > Injection Phase-summer 2015 Hydrogen generated on site, mixed into the gas stream and injected into the formation Material test > Intermediate Phase Surface pressure monitoring Subsurface pressure and temperature monitoring Gas composition monitoring Regular maintenance and safety checks > Production Phase-spring 2016 Water and Gas sampling On site gas measurement On site gas conditioning by membrane separator Material Tests > 12

13 Stockage géologiques de l H 2 Contribution du BRGM > FP7 HyUnder - Evaluation du potentiel, des acteurs et d un modèle économique pour le stockage massif d hydrogène en Europe. BRGM partenaire sur le cas d étude Français. Sollicité essentiellement sur les aspects de sitologie. 1. Formations salifères 2. Bassins sédimentaires (aquifères et gisements déplétés) 3. Formations cristallines (cavités minées revêtues) Résultats de l étude de sitologie CAES pour les granites et roches métamorphiques (Beccaletto et al., 2010) > 13

14 Stockage géologiques de l H 2 Contribution du BRGM > ANR HYSTUR (en cours d évaluation) Analyse de la faisabilité de stockage d H 2 dans les réservoirs souterrains. LEMTA, BRGM, Georessources, LCPME, Air Liquide, ANDRA, + German partners, and Argentinian operators Hychico Sur un pilote d injection de H2 en gisement déplété de gaz, étude de l activité bactérienne sur les fluides stockés (H2/CH4). > Partenariat avec Hychico Etude de la réactivité de l hydrogène sur le site Diadema en Argentine. Verrous scientifiques abordés > Consommation bactériologique de l H 2 Production CH 4, H 2 S, H 2 O Modification des propriétés pétrophysiques du réservoir ou de la couverture > Réactivité chimique avec le milieu Réactions d oxydo-réduction. > 14

15 Stockage géologiques de l H 2 Contribution du BRGM > Thèse en partenariat avec ISTO Mesures des propriétés de transport de l H2 dans différents milieux géologiques. Etablir un protocole de mesure Kr, Pc. Réactivité géochimique de l H2 à faible température. Verrous scientifiques abordés > Diffusivité de l hydrogène À travers les roches de couverture À travers les équipements puits > 15

16 Autres axes de recherche nécessaires > Impacts & Risques intégrité de scellement des zones de stockages (roche couverture, puits, réservoirs faillés, fracturés) impacts potentiels sur les formations encaissantes et sus-jacentes (déplacements de fluides induits, fuites, changement de composition chimique, réactivation de failles ). > Monitoring - Méthodes de surveillance Suivi de la migration du gaz (horizontale et verticale) Détection des fuites dans la proche surface Prélèvement de gaz en fond de puits Surveillance de la qualité gaz. > Problématiques liées aux usages multiples du sous-sol > 16