LE GAZ NATUREL : UNE ÉNERGIE ESSENTIELLE DANS LE MIX ÉNERGÉTIQUE

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1 POUR UNE UTILISATION INTELLIGENTE DE L ÉNERGIE LE GAZ NATUREL : UNE ÉNERGIE ESSENTIELLE DANS LE MIX ÉNERGÉTIQUE QUÉBÉCOIS 8 OCTOBRE 2013 MÉMOIRE PRÉSENTÉ DANS LE CADRE DE LA COMMISSION SUR LES ENJEUX ÉNERGÉTIQUES DU QUÉBEC

2 TABLE DES MATIÈRES Le gaz naturel : une solution pleinement disponible pour la réduction des GES 3 Le combustible fossile le plus propre 3 La possibilité de réduire de 25 % les émissions de GES dans le transport 4 Un allié naturel pour le déploiement des énergies renouvelables 5 Le Gaz Naturel Renouvelable : des solutions déjà disponibles au potentiel prometteur 6 Améliorer la complémentarité des réseaux électrique et gazier, ou comment utiliser une partie des surplus électriques pour produire du Gaz Naturel Renouvelable 8 Le développement technologique au Québec, un atout clé à valoriser 9 Mémoire du Centre des technologies du gaz naturel Page 2/10

3 Le gaz naturel : une solution pleinement disponible pour la réduction des GES Le Québec dispose d infrastructures énergétiques importantes qui, si utilisées judicieusement, pourrons assurer le développement économique du Québec tout en permettant d atteindre la cible de réduction de 25% des gaz à effet de serre (GES) d ici Par le présent document, nous voulons démontrer comment l industrie du gaz naturel, de par l existence d une infrastructure de distribution très bien développée dans toutes les grandes régions économiques du Québec et les investissements continus réalisés dans le développement technologique, a d ores et déjà permis de contribuer à une réduction significative des émissions des gaz à effet de serre et offre encore un potentiel de réduction remarquable d ici 2020 par : le remplacement du mazout par le gaz naturel; l encouragement de mesures en efficacité énergétique; le développement de nouvelles applications du gaz naturel telles que le gaz naturel liquide (GNL) dans le transport lourd; le déploiement des énergies renouvelables thermiques grâce à leur bonne complémentarité avec le gaz naturel; la production de gaz naturel renouvelable à partir de différentes sources, telles que biogaz, biomasse et électricité de source renouvelable et captation de CO 2 ; la poursuite des activités de développement technologique au Québec dans le domaine du gaz naturel et des énergies renouvelables thermiques. Le combustible fossile le plus propre Alors qu on parlait il n y a pas si longtemps de chaudières et de fournaises à moins de 80% d efficacité, la norme tend aujourd hui vers des appareils à condensation, qui présentent des efficacités de plus de 90%. On peut également citer ici les pompes à chaleur à gaz naturel, qui, comme leurs contreparties électriques, permettent d atteindre des efficacités encore bien plus élevées. En outre, le gaz naturel et le propane sont les seuls combustibles fossiles dont la combustion est assez propre pour permettre la condensation des fumées. Ce qui signifie que les systèmes au mazout (et au charbon) sont plus limités en termes d efficacité maximale atteignable. En termes environnementaux, l utilisation de technologies à gaz naturel en remplacement du mazout permet de réduire les émissions de GES au point + - Émissions de GES Mazout lourd (huile n 5) - 6 % Mazout léger (huile n 2) - 27 % Gaz naturel Mémoire du Centre des technologies du gaz naturel Page 3/10

4 d utilisation de 27% pour le mazout léger (huile no.2) et de 32% pour le mazout lourd (huile no.5) 1. De plus, toujours en comparaison au mazout lourd, les émissions de SO 2 sont réduites de 99%, les émissions de NO x, de 70%, et les émissions de particules fines, également de 70% 2. Dans le contexte québécois, où la consommation de mazout représente 33% des ventes intérieures du pays 3, les gazotechnologies apparaissent ainsi comme une avenue de choix pour une transition vers une économie à faibles émissions de carbone, et ce, applicable dès maintenant. La possibilité de réduire de 25 % les émissions de GES dans le transport Grâce à une technologie désormais au point, la conversion d une partie du parc de camions lourds du diesel au gaz naturel liquide permettrait, dès aujourd hui, d aider à l atteinte de l objectif de réduction de 25% des émissions de GES d ici 2020 dans le secteur du transport lourd. En décembre 2010, l Alliance canadienne pour les véhicules au gaz naturel publiait une feuille de route pour le déploiement des véhicules au gaz naturel. Selon les auteurs de ce rapport, les principaux bénéfices du gaz naturel sont 4 : diversifier les sources d énergie utilisées dans le secteur des transports et répondre à la demande croissante en énergie; réduire les émissions de carbone du secteur des transports; introduire sur le marché un nouveau carburant, que lorsque comparé à valeur énergétique équivalente, est à un prix inférieur à ceux des carburants dérivés de pétrole brut. Malgré tous ces avantages, il est entendu que pour accélérer l introduction du gaz naturel comme carburant pour le transport, il faudra soutenir les activités de recherche-développement (R-D) qui viseront en priorité à réduire voire même éliminer l écart de coût d acquisition entre les véhicules au gaz naturel et au diesel. 1 Calculs effectués à partir des données du North American Combustion Handbook, Vol.1, Third Edition, 1986, pp 22;31;49;51. 2 Gaz Métro, Les avantages du gaz naturel, fiche d information, septembre 2013, 3 Statistiques Canada, L Alliance canadienne pour les véhicules au gaz naturel, L utilisation du gaz naturel dans le secteur du transport canadien Plan d action pour le déploiement, 2010 Mémoire du Centre des technologies du gaz naturel Page 4/10

5 Enfin, il faut poursuivre également les activités de développement technologique qui viseront l encouragement à l utilisation du gaz naturel dans d autres applications en matière de transport telles que le transport ferroviaire et maritime. Un allié naturel pour le déploiement des énergies renouvelables Le déploiement à grande échelle des énergies renouvelables thermiques, telles que le solaire, la biomasse et la géothermie pourrait contribuer grandement à la réduction des GES. Toutefois, ces formes d énergie requièrent souvent une énergie d appoint afin d assurer des solutions viables techniquement et économiquement. Ainsi, l énergie solaire étant une énergie intermittente, difficile à stocker et disponible uniquement en journée, une complémentarité énergétique s impose, d autant plus lorsque l on considère que les besoins de chauffage sont souvent plus élevés la nuit que le jour. Dans le cas de la biomasse, l utilisation d une énergie d appoint est préconisée dans le cas d une charge variable, comme une application de chauffage d espace par exemple. En effet, les chaudières à la biomasse perdent significativement en efficacité ainsi qu en qualité de combustion lorsqu elles sont opérées à plus bas régime. Elles ne sont donc pas adaptées à des changements de régime fréquents, car elles modulent mal en puissance et présentent des délais importants de mise en marche. La pratique courante dicte donc un dimensionnement équivalent à environ 60% de la puissance maximale appelée, ce qui permet à la biomasse de couvrir approximativement 80% des besoins énergétiques annuels, les 20% restants étant couverts par l appoint. 5 Aussi, comme l énergie d appoint est généralement utilisée pour les pointes et la biomasse, pour la charge de base, l utilisation d une énergie complémentaire dont les tarifs ne varient pas en fonction de la pointe devient intéressante. Les installations géothermiques sont quant à elles normalement dimensionnées pour la charge la moins importante entre l été et l hiver. Ainsi, au Québec, les installations sont dimensionnées en fonction de la charge de climatisation. Ceci a pour but de limiter les coûts d investissement et d éviter un débalancement énergétique annuel en termes d énergie soutirée et remise dans le 5 François, M., Bombard, N., Étude technico-économique des chaufferies à la biomasse, rapport final (ébauche), projet no , CTGN, septembre Mémoire du Centre des technologies du gaz naturel Page 5/10

6 sol. Aussi, les installations géothermiques permettent difficilement d atteindre seules les températures requises pour des applications telles que la production d eau chaude sanitaire. La pratique courante se traduit donc aujourd hui par un dimensionnement à 70% en géothermie pour la charge de base et 30% en énergie d appoint pour les pointes 6. Comme pour la biomasse, l utilisation d une énergie complémentaire dont les tarifs ne varient pas en fonction de la pointe devient alors attrayante. Les équipements à gaz, avec leur rapidité de mise en marche, leur flexibilité et leur bonne modulation de puissance apparaissent donc comme des alliés naturels aux systèmes à énergie thermique renouvelable, d autant plus lorsque l on considère leur avantage économique en période de pointe, contrairement à l électricité, et leur avantage environnemental, comparés aux équipements au mazout. En outre, qu il s agisse de systèmes monoénergies traditionnels, de systèmes multiénergies ou de transport lourd, n oublions pas l arrivée prochaine du gaz naturel renouvelable, un élément qui pourrait redonner une toute nouvelle perspective aux différents scénarios envisageables pour la lutte aux GES. Le Gaz Naturel Renouvelable : des solutions déjà disponibles au potentiel prometteur On appelle Gaz Naturel Renouvelable (GNR) un gaz qui est issu à 100 % de sources renouvelables et qui a des caractéristiques quasi-identiques au gaz naturel (composé majoritairement de méthane). Parfaitement interchangeable avec ce dernier, il est donc possible de l injecter dans le réseau de distribution de gaz naturel, et ainsi utiliser l infrastructure existante pour desservir l ensemble des clients gaziers québécois avec une bioénergie qu ils pourraient consommer comme à leur habitude, sans aucun changement ni modification à apporter à leurs installations. Actuellement, il existe principalement trois avenues de production de GNR qui se distinguent à la fois par les matières premières utilisées et le procédé de transformation mis en œuvre : Potentiel de production de Gaz Naturel Renouvelable Gaz de décharge collecté en centre d enfouissement Biométhanisation/Traitement Mature et disponible Collecte/Traitement Mature et disponible Déchets organiques collectés Électrolyse de l eau/méthanation Échelle pilote Gazéification/Méthanation Échelle pilote Biomasse ligneuse collectée Surplus d électricité renouvelable + captage CO 2 + eau - Le GNR produit par la méthanisation de déchets organiques, également appelé biométhane, est issu de la purification du biogaz obtenu lors de la décomposition de matières organiques. Ce phénomène, qui se produit spontanément dans les centres d enfouissement, peut être réalisé de manière contrôlée dans des digesteurs anaérobiques. Ces technologies, aujourd hui bien maîtrisées et disponibles au Québec, Sources d énergie Source: CTGN 6 Discussion avec des concepteurs. Mémoire du Centre des technologies du gaz naturel Page 6/10

7 permettraient donc de détourner une part importante des déchets organiques destinés à l enfouissement et ainsi réduire largement les émissions de GES associées à la gestion des matières résiduelles. - La gazéification est un procédé qui permet de convertir la biomasse ligno-cellulosique, du bois ou de la paille par exemple, en gaz de synthèse qui est ensuite transformé en GNR dans une étape de méthanation. Si les deux opérations sont relativement bien maitrisées séparément, leur combinaison est en démonstration dans des unités pilotes surtout en Europe. Pour le Québec qui dispose d importantes ressources en biomasse forestière résiduelle à valoriser, ces technologies paraissent particulièrement bien adaptées. - L électrolyse de l eau est une opération qui utilise de l électricité renouvelable pour convertir de l eau (H 2 O) en hydrogène (H 2 ) et en oxygène (O 2 ). Dans le cas ou de l électricité de source renouvelable est utilisée, l hydrogène ainsi produit peut être combiné à du CO 2 pour être transformé en GNR lors d une étape de méthanation. Connues sous le nom de Power-to-Gas, ces solutions émergent, notamment en Europe, comme moyen de stocker et d utiliser des surplus d électricité renouvelable via le réseau de gaz naturel. À titre d exemple, le constructeur automobile allemand Audi vient d inaugurer en juin dernier la plus importante unité pilote à ce jour, d une puissance de 6 MW. Le projet devrait produire suffisamment de GNR, baptisé e-gas pour l occasion, à partir d éoliennes, pour faire parcourir km par an à voitures propulsées au gaz naturel, en faisant ainsi des véhicules parmi les plus propres du marché. Électricité éolienne Production d électricité renouvelable par des parcs éoliens sur terre et en mer Réseau électrique Transport et utilisation en direct d une énergie renouvelable Approvisionnement en e-gas Bioénergie disponible à tout moment et quel que soit l usage Extraction de l H 2 Dissociation de l eau en oxygène et en hydrogène par électrolyse Génération d e-gas Formation d e-gas et d eau par méthanation de l hydrogène et de dioxyde de carbone Stations de distribution d e-gas Un vaste réseau de stations de ravitaillement pour les véhicules roulant au e-gas Source: Audi Mémoire du Centre des technologies du gaz naturel Page 7/10

8 Le nombre de solutions technologiques disponibles et la diversité des sources renouvelables exploitables conduisent à un potentiel de production de GNR très important qui en fait une des bioénergies incontournables pour le futur mix énergétique québécois. Le développement de ces solutions pourrait donc avoir un impact positif majeur dans l atteinte des objectifs du gouvernement concernant tant la réduction des émissions de GES du Québec que son indépendance énergétique. Améliorer la complémentarité des réseaux électrique et gazier, ou comment utiliser une partie des surplus électriques pour produire du Gaz Naturel Renouvelable Avec la volonté d optimiser l usage de l énergie et de réduire les émissions de GES liées à son utilisation, de nouvelles solutions apparaissent qui poussent les filières énergétiques traditionnelles à évoluer, devenant souvent plus complémentaires que concurrentes, avec en ligne de mire les notions d efficacité, énergétique et économique, et donc de «bonne énergie, à la bonne place, au bon moment». Pour faciliter l intégration de nouvelles sources de production d énergie certes renouvelables mais bien souvent intermittentes, l interconnexion des infrastructures de distribution d énergie jouera un rôle majeur dans ce nouveau contexte, permettant de passer d une forme d énergie à une autre en fonction des besoins, et donc de l évolution de l offre et de la demande. Jusqu à présent, nous avions la possibilité, grâce aux cycles combinés gaz, de produire de l électricité à partir de gaz naturel en cas de forte demande électrique. Depuis peu, la situation a évolué et le Québec se retrouve à la tête de surplus électriques importants à valoriser et c est donc l opération inverse qui devient pertinente. Récemment adoptées en Europe, de nouvelles solutions basées sur le principe du Power-to-Gas, permettent dorénavant de convertir de l électricité de source renouvelable en Réseau électrique Hydro Éolien Solaire Électrolyse de H 2 O hydrogène (H 2 ) ou même en GNR (constitué majoritairement de méthane (CH 4 )), tous deux directement injectables dans le réseau de gaz naturel. Comme 95 % de l électricité disponible au Québec est issu d une source renouvelable et que le Québec se retrouve actuellement à la tête de surplus électriques importants à valoriser, nous obtenons ainsi une solution offrant un intérêt triple puisqu elle permet de : - utiliser une partie des surplus électriques québécois, Production d électricité Production de GNR Cycle combiné CHP Méthanation Réseau gazier Réservoir de gaz naturel Source: ETOGAS Mémoire du Centre des technologies du gaz naturel Page 8/10

9 - introduire et distribuer du Gaz Naturel Renouvelable dans le réseau de distribution de gaz naturel, et donc rendre disponible une bioénergie aux consommateurs connectés sans aucune modification de leurs installations, - réduire les émissions de GES grâce au captage de CO 2, prélevé dans l air ambiant ou directement dans des fumées industrielles, lors de la phase de production du méthane. Le développement technologique au Québec, un atout clé à valoriser Le Québec a toujours été à l avant plan en matière d utilisation efficace de l énergie en raison de la présence de groupes de recherche reconnus, que ce soit le Laboratoire des technologies de l énergie (LTE) pour les utilisations de l électricité, I Institut de recherche d Hydro-Québec (IREQ) pour la production, le transport et la distribution de l électricité au Québec ou le Centre des technologies du gaz naturel (CTGN) pour la distribution et l utilisation du gaz naturel, l efficacité énergétique et l intégration des énergies renouvelables thermiques. Il est clair que ces acteurs ont un rôle clé à jouer dans l atteinte de l objectif de réduction des émissions de GES de 25% d ici 2020, et que cela implique la poursuite des investissements dans le développement technologique au Québec. Fondé en 1992, le CTGN s est donné pour mission de réaliser, en partenariat avec l industrie gazière, les manufacturiers, les centres de recherches et les universités, des activités de développement technologique afin de contribuer à une utilisation intelligente du gaz naturel. Fort d une expérience de plus de 20 ans dans le domaine de l utilisation du gaz naturel, le CTGN met à la disposition des entreprises du Québec une équipe d experts multidisciplinaire ainsi qu un laboratoire unique au Canada afin d offrir un service complet de qualité. Ces dernières années, le CTGN a su s adapter au nouveau contexte énergétique mondial en intégrant des compétences dans le domaine des énergies renouvelables telles que le solaire thermique, la biomasse, la géothermie et le gaz naturel renouvelable. L objectif principal étant d accroître l utilisation de ces formes d énergie par une meilleure intégration des systèmes énergétiques. Depuis sa création, le CTGN a contribué au développement de plusieurs technologies qui ont permis de réduire de manière significative les émissions de gaz à effet de serre et de créer des emplois de haute qualité dans le secteur manufacturier ici, au Québec. Mémoire du Centre des technologies du gaz naturel Page 9/10

10 À titre d exemple, le CTGN a permis récemment à l entreprise Dettson de Sherbrooke de prendre un virage vert en assistant le personnel de l entreprise dans le développement de sa nouvelle fournaise à gaz naturel à haute efficacité. Jusqu à tout récemment, Dettson ne fabriquait que des produits fonctionnant au mazout. La participation du CTGN dans ce projet a notamment permis un transfert des connaissances nécessaires à l entreprise pour poursuivre son développement dans ce nouveau marché à l échelle de l Amérique du Nord. En conclusion, le CTGN est un partenaire solide sur lequel le gouvernement peut compter pour mettre en œuvre des innovations qui permettront l atteinte des cibles de réduction de GES et d indépendance énergétique. Mémoire du Centre des technologies du gaz naturel Page 10/10

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