«L hydrogène décarboné, vecteur d un Smart Energy Grid» Paul.lucchese@cea.fr 1
Energies renouvelables et Smart Energy grids 1. Nouveau paysage energétique Accroissement des ENR intermittentes 2. Role de l intégration réseau et du stockage Supergrids et smart grids Rôle de l hydrogène 3. Smart energy grids: nouvelle idée? Mais il faut plus de R&D and études économiques complexes 2
Eolien: cas de l Espagne Order of magnitude for storage needs From 10 000 MWh to X 100 000 MWh 3
Première solution Développement massif des super réseaux et des interconnections 4
Etude «Roadmap2050» Europe How to reach a low carbon economy in Europe in 2050? (60 or 80 % renewables) Available on ww.roadmap2050.eu by ECF European Climate Foundation 5
Developper Eolien Off shore dans la Mer du Nord 6
MEDGRID (Transgreen) 7
2020 and 2050 Réseau interconnection grid et réseau HVDC 2020 2010 2050 8
Deuxième solution Smart (electric) grid Adapter demande et offre avec les technos IT 9
The smart Grid Concept 10
Solution 3: technologies Stockage 11
Ordre de grandeur To supply 100 GW from Wind (10% of US electric power, or France electric power) As base load Need of 286 GW of wind or solar (with 35% load charge factor) Storage power capacity of 57 GW during 6/8 hrs to store near 456 GWh Economics: 430 B$ for wind park, 170 B$ for Storage system* * With 1500$/kW for wind turbine, NaS battery system 3000$/kW 12
Technologies de stockage = f(application) C G T D C ESS ESS - - Generation Transmission Distribution End User Redox flow Lithium Mechanical storage Lead acid Thermal storage Thermal storage NaS Super capacitors ESS C H2 H2 H2 Wide range of applications: load leveling, grid supply, current quality Few seconds to several hours, Very low targeted total costs: 0.05 /kwh 13
Graviationnal storage Stockage massif Inertial storage Compressed air Hydrogen Redox batteries Na S 14
Ordre de grandeur en Europe Utilisation de 5 % d un parc de 100 GW Eolien dédiée à la production hydrogène Bas coût >>> 40 TWh of electricité supplémentaires 600 000T de production Hydrogène Permet l alimentation de 5 millions véhicule par an 15
RENEWABLE SOURCE 6 voies de valorisation ENR via Hydrogène 4 sur 6 sont orientées transport! PV, Turbine -> Electricity C-base, biomass Waste, CO 2 Storing X10 GWh of Renewables under chemical carrier CHEMICAL H2, Biofuels, 1. Produce store and re-use to generate (fuel cells, turbine) electricityto grid 2. CO2-free hydrogen high valuable for industrial uses: refinery, fertilizer, metallurgy, micro electronics 3. CO2 free hydrogen for biofuels production and for synthetic fuels, CO2 re use 4. Greening of Natural Gas by introducing hydrogen in mix with NG up to 20 % for NG network uses, 5. Hythane (NG/H2 mixture) for transportation applications 6. Hydrogen for transport: fuel cells vehicles CSP, Thermal solar -> Heat 16
Remplacer l hydrogène industriel par de l hydrogène CO2 free SYNFUELS from coal, Natural gas, oil waste lignite CO2 biomass XTL BTL 5 % of world oil production (5m B/d) Water electric furnace Oxygen, Cl 7-10% World CO2 Iron steel industry Cement Phosphates industry 5% World CO2 Using Conventionnal technologies producing 5 Mb/day in Alberta will produce 300 MT Additinal CO2 (50 % of Canada Emissions) Driver CO2 CO2 price key Challenge: H2 production cost 17
Applications tranports: HYTHANE un mélange H2/Gaz Nat 18
Mélange H2/gaz naturel Addition of H2 in Natural gas grid Up to 20-25 % without change Above possible Needs some adaptations 19
Importance du gaz naturel et son réseau en Europe Indicative costs for potential new sources of gas delivered to Europe, 2020 ($/MBtu) 20
Cavité de stockage: evolution vers H2? 21
L Allemagne en avance 22
2 Exemples existants en Allemagne BERLIN 23
Conlusion: Smart Energy grids? Smart Electric Grid + Natural gas Super or Meta Grid Plus massive gas storage (Hydrogen) coupling with other grids massive storage 24
Conclusion: Hydrogène est un pont Entre le passé, présent et futur Pour le transport et les applications industrielles Entre Energiess: fossiles, ENR, nucl éaire En mélange avec le gaz nat, utilisant les infrastructures existantes, H2 jouera un rôle primordiale dans la phase de transition et peut combler le fossé de compétitivité avant un déploiement plus massif Entre les Pays européens: Elément clé d une politique énergétique commune Entre l Union européenn et les pays du sud de la Méditerranée, et de l Est européen: anneau méditerranéen Hydrogène est un des seuls vecteurs d énergie universel associé à des technologies de conversion efficace et durables 25
Thank You 26