Quelle place du gaz. Roadmap sur l avenir technologique du vecteur gaz. 8 décembre DELEGATION STRATEGIE REGULATION

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1 Quelle place du gaz en ? Roadmap sur l avenir technologique du vecteur gaz DELEGATION STRATEGIE REGULATION 8 décembre

2 Quels atouts du vecteur gaz? DELEGATION STRATEGIE REGULATION 8 décembre

3 Performance de la distribution Des pertes très inférieures aux autres réseaux «Pertes» du réseau gaz minimes - Consommation des compresseurs sur le réseau de transport - Fuites en cas d incident sur le réseau (rupture, incident de tiers) - Et dans une moindre mesure, porosité des matériaux Inversement, transporter et distribuer de la chaleur ou de l électricité coûte en énergie - Pertes effet Joule, effet couronne, de transformation en électricité - Conductivité thermique pour les réseaux de chaleur Réseau Pertes Gaz 1% Electricité haute tension Electricité basse tension 4% 11% Chaleur 15 à 19% Source : MEDDTL/CGDD/SOeS Plaide en faveur d une production décentralisée de la chaleur et de l électricité via le réseau gaz, notamment en cogénération avec un écogénérateur ou bien une pile à combustible 3

4 Le gaz naturel : une haute efficacité énergétique Énergie prélevée sur la planète Énergie facturée au client Énergie utilisée par le client Énergie primaire Ep Énergie finale Ef Énergie utile Eu Production, Transport, distribution Système de chauffage Gaz naturel 1 kwh ep 1 kwh ef Chaudière PAC électrique 1 kwh ep 0,39 kwh ef PAC 1 kwh Électricité directe 2,58 kwh ep 1 kwh ef Convecteur, Panneaux Rayonnants Hypothèses : rendement chaudière 100% PCI, rendement électricité direct 100%, COP PAC électrique 2,58 4

5 Le gaz naturel : faible émissions de GES Le facteur d émission de GES du gaz naturel s élève à 235,6 g éq. CO 2 par kwh PCI en France - Dont 96% sont dus au CO2 (226 g de CO 2 ) - Et 4% au méthane (9,6 g équivalent CO 2, avec un PRG de 21) La principale étape responsable des émissions de GES reste la combustion chez le client (86% des émissions). Suivent: - Le transport international par pipeline (5,2%) - La production et le traitement (3%) - La liquéfaction de gaz naturel (2,6%) - La distribution basse pression (2,2%) - Transport national, stockage, regazéification du GNL et transport par méthanier complètent les 1% restants Combustible Émissions ACV geqco 2 /kwh PCI Charbon 384 Fioul lourd 320 FOD / gazole 300 Essence 309 GPL 274 Gaz naturel 234 Source : ADEME Bilan Carbone 5

6 Et l électricité? le gaz naturel est plus performante en utilisation direct qu en cycle combiné gaz! Le gaz naturel est plus pertinent en utilisation décentralisée que son utilisation dans la production électrique Hypothèse d une production d électricité au gaz naturel (turbines et cycles combinés) avec un rendement de production électrique de 42% et des pertes en ligne sur les réseaux d environ 7% Émissions de GES équivalent CO 2 en ACV Transformation et pertes Énergie utile Transformation en chaleur * 234 gco 2 100% PCI rendement appareil Chaudière à condensation 1 kwh utile utile 600 gco 2 * 42% PCI rendement parc, 7% pertes réseaux, 100% rendement appareil Chauffage direct effet joule (convecteurs, radiants ) 1 kwh utile utile 234 gco 2 42% PCI rendement parc, 7% pertes réseaux, COP de 2,6 Pompe à chaleur 1 kwh utile utile *Valeur confirmée par des approches plus évoluées : ADEME/RTE(octobre 2007 et septembre 2009) et Énergies Demain (Revue de l Énergie nov 2007 ) 6

7 Le gaz : performant mais quel avenir? Les infrastructures gazières et le gaz naturel présentent des atouts importants et nécessaires à la performance globale du système énergétique aujourd hui - Forte puissance unitaire à faible coût - Stockage saisonnier accessible pour des grandes quantités d énergie et flexibilité importante, la pointe gaz n est pas un problème - Des émissions de CO2 plus faibles que les autres énergies conventionnelles - Une énergie primaire distribuée chez le consommateur final à faibles pertes, d où une très forte efficacité énergétique Mais son avenir pose question : - Quelle innovation pour maintenir et développer des usages performants? - Quelles seront les ressources de combustible gazeux demain face à l épuisement des réserves fossiles? - Quelles évolutions en conséquences des infrastructures gazières? 7

8 Quelle place du gaz en ? Roadmap sur l avenir technologique du vecteur gaz DELEGATION STRATEGIE REGULATION 8 décembre

9 Quelle place du gaz en 2050? 1. Quelle évolution de la demande? 2. Quelles ressources de gaz? 3. Quelle évolution en conséquence des réseaux? DELEGATION STRATEGIE REGULATION 8 décembre

10 Demande (1/5) le bâtiment Réduction des besoins et meilleure efficacité en résidentieltertiaire pour le chauffage et l eau chaude sanitaire Feuille de route pour les solutions gaz en résidentieltertiaire - Production combinée Rendement chaleur / électricité sur énergie - Energie renouvelable primaire en direct (pompe à chaleur gaz) ou par couplage gaz / EnR (solaire thermique ou photovoltaïque) 150 % Couplage ENR (solaire thermique, PV, ) Pile à combustible + 50 % + 40 % + 30 % + 20 % 130 % PAC à absorption gaz Rendement énergie primaire 110 % 90 % 70 % 50 % Chaudière condensation PAC électrique Chaudière basse température Chaudière standard PAC moteur gaz Ecogénérateur Chaudière hybride Interdiction réglementaire dans l existant Maturité technique visée (produits disponibles et reconnus réglementairement, filière existante) 30 % Système électrique direct Zoom couplage gaz / ENR

11 Demande (2/5) le quartier / la ville Au-delà de la performance unitaire des produits, des possibilités d optimisation à l échelle urbaine Récupération d énergie sur collecteur d eau usée Boucle géothermique Pompes à chaleur gaz Echangeur Puit géothermique DELEGATION STRATEGIE REGULATION 8 décembre

12 Demande (3/5) l industrie L usine de demain : une optimisation globale procédés chauffage et la nécessité de traiter les effluents Les industriels développent des approches globales procédés utilités chauffage des locaux d où une hausse de l efficacité globale - PAC gaz haute température, cogénération L enjeu de demain, la réduction des effluents (solides, liquides et gazeux) sous la contrainte réglementaire, notamment pour les procédés haute température où les combustibles ne sont pas substituables - A court terme, post-traitement des effluents sur les procédés existants avec nouvelle consommation d énergie (incinération, de NOx, de SOx ) - A long terme, prétraitement des combustibles pour réduire les émissions aval avec une préférence forte pour les combustibles gazeux en provenance du réseau ou gazéifier in situ à partir de biomasse de préférence 12

13 Infrastructure Demande (4/5) la mobilité Les carburants gazeux : un décollage possible grâce aux évolutions du triptyque infrastructure-véhicule-carburant Le développement des villes durables implique des transformations de l infrastructure de transport favorable à des conversions de combustible - Bus à haut niveau de service en site propre - Auto-partage et développement de flotte captive - Optimisation de la logistique du dernier kilomètre Véhicule Véhicule à carburant gaz ou hybride gaz complémentaire du véhicule électrique : mobilité des personnes longue distance, transport de marchandises, usages intensifs (taxi, bus, BOM ) Carburant Le carburant gazeux seul ou combiné (dual-fuel) apporte déjà une solution aux problèmes majeurs de la pollution urbaine (compatibilité future norme Euro VI). Le biométhane carburant : avec la méthanisation, un biocarburant de 2e génération aux technologies déjà matures, présentera avec la gazéification des rendements supérieurs aux carburants liquides - 1 Tonne de bois = 600 m 3 de biométhane = km parcouru

14 Demande (5/5) l électricité Développement de la production décentralisé et des effacements Développement de la production décentralisée d électricité - Rendement inégalé supérieur à 80% contre 50% pour les cycles combinés gaz naturel, - Production au plus près des besoins qui évite pertes électriques et thermiques Puissance hebdomadaire moyenne 80 (MW) 000 MW Production et importation année 2008/ Hydraulique Nucléaire Charbon + Gaz Cogénération Fioul Production moyenne d un Ecogénérateur (kwh/semaine) Capacité du gaz à gérer la pointe électrique en offrant des solutions d effacement - Pompe à chaleur hybride = petite pompe à chaleur électrique intégrée à une chaudière à condensation - Capacité de s effacer pendant les vagues de froid (quelques heures à plusieurs jours) Chaudière gaz PAC élec 14

15 Quelle place du gaz en 2050? 1. Quelle évolution de la demande? 2. Quelles ressources de gaz? 3. Quelle évolution en conséquence des réseaux? DELEGATION STRATEGIE REGULATION 8 décembre

16 Ressources (1/5) gaz naturel Des ressources disponibles et diversifiés avec la révolution des gaz non conventionnels Sources : BP statistical review 2010, Kawata et Fujita (université de Tokyo), 2001 Réserves prouvées entre 120 et 250 ans à consommation actuelle 16

17 Ressources (2/5) biométhane Gaz EnR: méthanisation mature gazéification en développement Procédé Mature Biomasse «humide» et non ligneuse Pilotes industriels Biomasse «sèche» et ligneuse Voie biologique Basses températures (35-55 C) Voie thermique Haute température (700 C) Voie thermique Très haute température (1500 C) Gazéification + Gazéification + Méthanisation méthanation Fischer-Tropsch Rendement 35%-60% Rendement 55%-70% Rendement 25%-35% Chaleur / Cogénération / Biométhane Carburant In situ ou via injection réseau Biocarburant liquide La méthanisation permet de valoriser les réseaux de distribution gaz des collectivités locales : la valorisation des déchets s inscrit dans la perspective d une meilleure autonomie. Vers une économie circulaire territoriale? La gazéification permettra d amener le bois sous forme gazeuse au cœur des villes, sans ses inconvénients (pollution de l air, logistique lourde ) et surtout de l utiliser pour la mobilité 17

18 Ressources (3/5) biométhane d algues Une perspective après 2020 : combiner traitement des effluents et biométhane grâce aux algues Station d épuration collectivité / industrie Industries & Centrales électriques Eau Phosphate Nitrate CO 2 NO x µ-algues Biomasse humide Biomasse sèche Huile Biogaz Biodiesel Production contrôlée d algues capable de traiter les effluents liquides et gazeux et d absorber le CO 2 : la prochaine révolution verte? Encore au stade de R&D : des opérations pilotes en cours de montage / GrDF lance en 2011 une étude sur le potentiel en France avec l ADEME et le MAAP 18

19 Ressources (4/5) : hydrogène & syngaz Possibilité d injection d hydrogène et de méthane de synthèse notamment pour le stockage d électricité Jusqu à 6% d H 2 dans les réseaux gaz sans contraintes techniques ou réglementaires Ouvre la possibilité du stockage saisonnier d électricité via les stockages souterrains de gaz (+ de 100 TWh / 20% de la consommation actuelle) DELEGATION STRATEGIE REGULATION 8 décembre

20 Ressources (5/5) toujours plus vertes Un réseau gaz qui incorporera de plus en plus de renouvelable 2010 Déchets 2020 Bois Déchets H 2 / Méthane de synthèse 2030 Algues + Bois + + Déchets Intégration progressive Potentiel technique estimé en France : Methanisation ~180 TWh Gazéification ~70 TWh µ-algues 20 à 30 TWh Une intégration de 10% de «gaz vert» dans le réseau à horizon 2030 est économiquement crédible + DELEGATION STRATEGIE REGULATION 8 décembre

21 Quelle place du gaz en 2050? 1. Quelle évolution de la demande? 2. Quelles ressources de gaz? 3. Quelle évolution en conséquence des réseaux? DELEGATION STRATEGIE REGULATION 8 décembre

22 Réseau de distribution (1/4) smart-meters Des compteurs évolués au service des consommateurs Des «smart meters» : des compteurs communicants généralisés pour l ensemble des sites consommateurs (11 millions) Meilleure gestion de l amont : prévision des flux, optimisation des investissements et meilleure gestion de crise par connaissance précise des débits, mutualisation du réseau télécom déployé grâce aux concentrateurs pour télésurveillance par exemple En aval, plus d information pour les consommateurs : mieux connaître leur consommation pour ajuster leur comportement et piloter leurs équipements 22 Zoom comptage gaz évolué 22

23 Réseau de distribution (2/4) : les smart-pipes Un réseau mieux observé et mieux conduit aux bénéfices de la sécurité et de l environnement Le réseau de distribution actuel est essentiellement passif : la pression est ajustée au transport et le gaz chemine par détentes successives Grâce à la robustesse du système et aux propriétés du gaz (comme le stock en conduite), la qualité de service est bonne mais pourrait encore s améliorer Les smart-pipes s appuient sur 3 piliers La télésurveillance du réseau : pression, qualité du gaz, flux La télé-exploitation : améliorer la qualité de service et permettre une intégration totale des «gaz verts» Le pilotage dynamique du stock en conduite pour améliorer la sécurité et diminuer les impacts environnementaux (émission CH 4 ) 23 Réseau transport Réseau distribution primaire Sonde de température DELEGATION STRATEGIE REGULATION 8 décembre PITD Chromatographe Spectromètre Sonde de température Producteur biométhane Compteur intermédiaire Zoom réseau gaz intelligent Manomètre

24 Réseau de distribution (3/4) smart-networks L optimisation globale des infrastructures locales Le «smart-pipe» gaz et les technologies associées doivent être pensés en interaction avec l ensemble des réseaux urbains : - «smart-grid» électrique - réseau de chaleur - réseau d eaux usées (récupération de chaleur, méthanisation des effluents ) - réseau télécom (téléopération) Possibilité pour les collectivités locales de s appuyer sur leurs infrastructures, et en particulier les réseaux gaz existant, pour optimiser leur approvisionnement énergétique Vision HESPUL : optimisation sur le territoire Réseau électrique Distribution hydraulique éolien Transport hydrolyse photovoltaïque biogaz Transport cogénération Distribution Réseau gazier gazéification boi chaufferies Réseau s de chaleur géothermi e Consommation TERRITOIRE Vision BDEW (Berlin) : interaction gaz/électricité via hydrogène et méthane de synthèse 24 24

25 Réseau de distribution (3/4) smart-networks L optimisation globale des infrastructures locales Vision HESPUL : optimisation sur le territoire Réseau électrique Transport Transport Réseau gazier TERRITOIRE Distribution hydrolyse biogaz gazéification Distribution hydraulique cogénération boi Réseau s de chaleur chaufferies éolien photovoltaïque géothermi e Consommation 25

26 Merci de votre attention! Jean-Luc DELBOSC / DELEGATION STRATEGIE REGULATION 8 décembre

27 Le CESI OPTIMISE Développement d une solution pour généraliser le solaire en construction neuve 2 capteurs + appoint intégré+ ballon 300 L Appoint intégré Ou Appoint instantané 1 capteur + appoint instantané + ballon 100 à 150 L Solutions coûteuses Optimisation de la productivité des capteurs par un bon dimensionnement de l installation Encombrement réduit (emprise au sol ~ 60cm*60cm) + facilité de pose : produit «Plug & Heat» (bloc compact + capteur) Adaptable aux solutions collectives individualisées CESCI Travaux en cours avec plusieurs fabricants (DD, Saunier ), CMI (Alliance, geoxia ) et promoteurs (Elika.) Prix cible : - 25% / CESI classique 27

28 Solaire collectif Instrumentation de 6 sites avec 3 configurations principales CESC «optimisés» (selon sites disponibles) CESCAI (appoint individualisé) CESCI (individualisé) Convention entre l ADEME, GrDF et Ines Education pour le suivi de sites pilotes 28

29 La pompe à chaleur moteur gaz Produit mature et performant pour le secteur tertiaire et l industrie, couvrant des besoins de chauffage, de climatisation, voire d ECS Cibles privilégiées : Hôtel, Santé, RPA... Le cycle thermodynamique est entraîné par un moteur fonctionnant au gaz naturel Produit du chaud ou du froid (par inversion de cycle) La récupération de chaleur sur le moteur est utilisée pour compléter la chaleur utile ou produire de l ECS très bonnes performances en mode chaud comme en mode froid Une gamme allant de 26 à 80 kwch pour les produits «GHP» et jusqu à 1500 kwch avec les unités type «ETP» 2 fabricants de GHP distribués en France : SANYO et AISIN Toyota 1 fabricant français de PAC moteur grosse puissance : SOPRANO 29 8 décembre 2011 DELEGATION STRATEGIE REGULATION

30 La pompe à chaleur moteur gaz Exemples de réalisation : 4 sites instrumentés Hôtel Mercure à Avignon (2 modules de 80 kw chaud) L Occitane à Manosque (5 modules de 50 kw chaud) 30 8 décembre 2011 DELEGATION STRATEGIE REGULATION

31 La pompe à chaleur à absorption gaz Solution très performante de production de chauffage et d ECS pour les logements collectifs et le tertiaire et demain pour la maison individuelle. Utilise un cycle thermodynamique «à absorption» avec une solution ammoniac/eau, sans impact sur l environnement Existe en version air/eau ou eau/eau (géothermique) Haute température possible pour produire de l ECS ou pour une installation en réhabilitation Version A air/eau Version GS eau/eau Distribuée en France depuis mi-2008 Distribué en France depuis mi-2008 par France air et ID Therm Bientôt au catalogue de 2 chaudièristes leader sur le marché 31 8 décembre 2011 DELEGATION STRATEGIE REGULATION

32 PAC gaz à absorption Une solution gaz pour valoriser les énergies renouvelables 1 kw Pertes Rendement jusqu à 170% sur énergie primaire, équivalent à un COP électrique de 4,4 18 kw 42 kw Part renouvelable en énergie primaire de près de 40% contre 25% pour une PAC électrique de COP 3 Récupération de chaleur renouvelable sur sol ou nappe 25 kw Gaz Chaleur à l utilisateur Un système facilitant l atteinte du label BBC et reconnu EnR au niveau européen (Directive EnR + écolabel) Et de nombreux autres atouts : fluide frigorigène sans impact sur l effet de serre, silence, robustesse, faibles coûts de maintenance 32 DELEGATION STRATEGIE REGULATION 8 décembre 2011

33 La pompe à chaleur absorption gaz Des premières réalisations en France : 4 sites instrumentés MAIRIE DE LUYNES (13) 550 m2 chauffés et rafraîchis par une PAC Pro 38 Kw chaud + Condensation de 27 kw, et 17 Kw froid MES LE 15/10/2009 COMPLEXE HOTELIER A GARGAS (84) Installation 3 GAHP W LB géothermiques Puisance chaud : 115 kw Puissance froid : 51 kw Retour présentation générale 33 DELEGATION STRATEGIE REGULATION 8 décembre 2011