L hydrogène et la ville durable 16 avril 2012
Des solutions durables au service de la ville de demain
La Road-map technologique Gaz Naturel Performances Énergétiques, EnR & Production d électricité Écogénérateur Stirling PAC Hybride 3
Amélioration de la performance et intégration des EnR en résidentiel - tertiaire Feuille de route pour les solutions gaz en résidentieltertiaire - Production combinée chaleur / électricité - Energie renouvelable en direct (pompe à chaleur gaz) ou par couplage gaz / EnR (solaire thermique ou photovoltaïque) En plus de l efficacité des solutions individuelles, optimisation globale à l échelle des quartiers - Récupération de la chaleur des eaux usées ou boucle géothermique via des pompes à chaleur gaz naturel 4
Développement de la production décentralisée d'électricité et des solutions d effacement 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 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) Puissance hebdomadaire 90 000 moyenne 80 (MW) 000 MW 70 000 60 000 50 000 40 000 30 000 20 000 10 000 Production et importation année 2008/2009 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 Hydraulique Nucléaire Charbon + Gaz Cogénération Fioul Chaudière gaz PAC élec Production moyenne d un Ecogénérateur (kwh/semaine) 60 50 40 30 20 10 0 5
Un réseau qui incorporera de plus en plus d EnR Phototrophie /valorisation Electrolyse/ hydrogénation Méthanisation Gazéification- Méthanation Biométhane 2G Biométhane 3G Hydrogène / Méthane de synthèse Biogaz & Biométhane Ressources Biomasses déchets fermentescibles déchets non fermentescibles Biomasse lignocellulosique (Bois, paille, déchets de bois,.) Micro Algues Phototrophie hors sol Electricité renouvelable et CO 2 Horizon Immédiat 2017 2020-2030 6
Hydrogène + Gaz Naturel : une vraie valeur de flexibilité et d arbitrage, un vecteur énergétique pour des villes durables Directive européenne 20% EnR à horizon 2020; difficultés liées à la part croissante des EnR intermittentes (production et consommation parfois en décalage délestages nécessaires) Flexibilité/arbitrage nécessaire pour une intégration optimale de ces EnR à moindre coût L hydrogène permettrait de valoriser cette électricité «fatale», via les usages gaz naturel Disposer d un arbitrage entre différentes utilisations finales pour une gestion couplée et optimisée des énergies électriques et gazières Un nouveau vecteur énergétique pour des villes durables En mélange (6 20%) l H2 permettrait de bénéficier, si faisabilité avérée, en complément du biométhane, d un gaz plus vert (efficacité énergétique, CO2, préservation ressources primaires) La synergie des savoir-faire, infrastructures et utilisations gaz naturel permettrait d introduire à moindre coût une part d H2 dans le mix énergétique Une passerelle entre réseaux énergétiques ouvrant la voie à un «Smart Energy Grid» et à une optimisation globale des systèmes électriques et gaziers 7
Production électrique de la France en 2020 Eléctricité produite (TWh) 700 600 500 400 300 200 100 1 12 64 64 429 7 58 64 74 460 Solaire Eolien Hydraulique EnR intermittente s Thermique (y compris biomasse) % électricité SER dans l électricité totale produite : Eolien = 2 % en 2010 Eolien = 9 % en 2020 PV = 0,1% en 2010 PV = 1,0% en 2020 0 2010 2020 Nucléaire En 2010, les capacités thermiques (1/4 des capacités installées) ne produisent que 12% de l énergie marge de flexibilité. Toutefois, cette marge va diminuant car les capacités thermiques flexibles vont diminuer (charbon et fuel) entre 2010-2020 (13% des capacités, 11% de la production) alors que la production nucléaire de base et les EnR intermittentes augmenteront. L énergie éolienne et solaire représenteront 10% de la production ( valeur globale sur l année). Sources ENERDATA, PAN et vision UFE 2020 8
Production électrique de l Allemagne en 2020 Eléctricité produite (TWh) 700 600 500 400 300 200 100 0 9 45 18 41 399 104 20 240 141 40 2010 2020 Solaire Eolien Hydraulique (hors step) Thermique (y compris biomasse) Nucléaire EnR intermittente s % électricité SER dans l électricité totale produite : Eolien = 7 % en 2010 Eolien = 23 % en 2020 PV = 2% en 2010 PV = 9% en 2020 Une diminution très importante de la production d électricité, notamment nucléaire et thermique (objectifs très ambitieux de l Allemagne) Les énergies éolienne et solaire représenteront 32 % de la production ( valeur globale sur l année). Ces pourcentages pourront être en réalité inférieurs si la sortie du nucléaire et la diminution des puissances thermiques sont ralenties. Sources ENERDATA et DENA, PAN (EnR 2010 et 2020) 9
Les bénéfices de la filière GN+H2 pour la ville durable Valorisation sur le réseau électrique Electricité excédentaire = Production H2 par électrolyse, stockage et distribution carburant Valorisation Hythane flotte véhicules (bus, BOM, etc) Sources d électricité renouvelables ou bas carbone Electricité excédentaire = Production H2 par électrolyse, stockage et distribution gaz Types de valorisation de l électricité Injection H2 en réseau de distribution et utilisations gaz 10
Divers pays s intéressent au stockage d EnR via l H2 injecté en réseau gaz A Falkenhagen, une installation pilote destinée à convertir l'électricité éolienne en H2 stocké dans le réseau de transport est en cours de développement par E.ON Début 2013, 360 m3/h produits et injectés: mélange à 5% en volume de H2 A moyen terme: 15% la totalité de la production actuelle d'électricité d'origine renouvelable pourrait être stockée dans le réseau gazier allemand. Greenpeace Energy développe en Allemagne l offre mélange GN/ 5%H2 à partir de fin 2012 a déjà conquis 4000 clients pour cette commercialisation expérimentale Injection de 15%vol d H2 issu de PV en réseau gaz sur l Ile d Ameland (Pays Bas) 14 maisons déconnectées du réseau de distribution et alimentées par une conduite à partir du système (électrolyseur - stockage H2 et mélangeur) Utilisations : chauffage ECS et cuisson Mais également utilisation de gaz de synthèse à partir de Naphta contenant des proportions significatives d H2 à Hawai et à Hong Kong 11
Les principaux enjeux techniques : Enseignements issus du projet NATURALHY Enjeu sécurité: ne pas dépasser 20%vol d H2 dans le gaz naturel Teneur 20% acceptable par : matériaux de réseau, utilisations et compteurs testés Mais Pas de test sur matériaux connexes, ni sur utilisations existantes (dont cuisson) Seule une démonstration permettrait de conclure sur la faisabilité technico-économique et le pourcentage maximum envisageable, le cas échéant 12
Althytude : les bénéfices du carburant Hytane Émissions de GES du puits à la roue : 1559 g éqco2/km = GNV - 8 % = Diesel - 14 % Bénéfices de l H2 sur la combustion moteur à l échappement : 0,47 g NOx/km = GNV - 10 % = Diesel - 95 % Ces deux bus euro III respectent l euro VI Économie d énergie des bus en service sur la ligne : 657 kwh/100 km = GNV - 7 % 13
Althytude : les bénéfices du carburant Hytane L Hythane est une solution pragmatique apportant des bénéfices à court terme sur des marchés spécifiques. L Hythane fait partie des candidats pertinents pour renforcer le développement de transports urbains propres. L Hythane exploite le savoir-faire et les installations GNV. Par simple retrofit, les bus GNV euro III respectent l euro VI. L Hythane permet d introduire une part d énergie renouvelable : H2 éolien, biométhane, etc. L Hythane amorce l introduction de l hydrogène énergie dans le paysage énergétique, sans investissement lourd en véhicules et infrastructures. Fourchette de surcoût à terme, solution mature: 0 à 20 % par rapport au prix du GNV 14
Hydrogène énergie pour «relever le défi énergétique du XXIème siècle?» Des études techniques et des projets démonstrateurs seraient nécessaires pour établir les impacts et les possibilités de l utilisation d H2 avec le gaz naturel, au service de la ville de demain : Faible densité énergétique volumique Réglementation à construire Coûts de production élevés Impacts réseaux restent à évaluer : % max Vecteur énergétique non mature d un point de vue industriel et technologique 15
Hydrogène énergie pour «relever le défi énergétique du XXIème siècle?» Bénéfices CO2, indépendance énergétique, polluants locaux Vecteur Produit à partir de toute énergie primaire dont EnR Stockable Multiples applications Réduction des polluants locaux ; part renouvelable et faiblement carbonée à la chaîne gazière Complémentarité H2 / gaz naturel Infrastructures réseau existantes Vecteur de flexibilité et d arbitrage de production : o Régulation et gestion de l équilibre entre l offre et la demande o Sécurisation et optimisation du système électrique Interconnexions et synergies entre vecteur et infrastructures électriques et gazières Solution à horizon 2020 16
Si faisabilité GN/H2, l hydrogène pourrait représenter une nouvelle valeur pour les clients finaux utilisateurs de l énergie gaz naturel qui verraient une réduction encore plus importante de leur empreinte environnementale les producteurs d énergies renouvelables et gestionnaires d énergie qui disposeraient d une flexibilité complémentaire pour valoriser leurs productions dans le mix énergétique et une opportunité complémentaire d ajuster offre / demande les énergéticiens et exploitants qui pourraient proposer de nouvelles offres de «gaz vert» à leurs clients les collectivités locales qui pourraient mettre en place de nouvelles démarches de création de valeur environnementale et sociétale les exploitants d infrastructures gaz qui pourraient contribuer encore davantage à l effort général de développement des EnR. 17
Merci de votre attention frederique.lebovits@gdfsuez.com thomas.muller@grdf.fr
Annexes
Gaz acheminés (1/5) gaz naturel Des ressources disponibles et diversifiées avec la révolution des gaz non conventionnels mais enjeux environnementaux Source : BP Statistical Review 2010 /Kawate et Fujita (Université Tokyo= 2001. Réserves prouvées entre 120 et 250 ans à consommation actuelle 20
Gaz acheminés (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) Méthanisation Voie thermique Haute température (700 C) Gazéification + méthanation Voie thermique Très haute température (1500 C) Gazéification + Fischer-Tropsch Rendement 35%-60% Rendement 55%-70% Rendement 25%-35% Chaleur / Cogénération / Biométhane Carburant In situ ou via injection réseau Biocarburant liquide Méthanisation : valorisation des réseaux de distribution gaz des collectivités locales : vers une économie circulaire territoriale grâce à la valorisation des déchets Gazéification : le bois sous forme gazeuse au cœur des villes, sans ses inconvénients (pollution de l air, logistique lourde ) 21
Gaz acheminés (3/5) biométhane d algues Perspective après 2020 : combiner traitement des effluents et biométhane Encore au stade de R&D : opérations pilotes en cours de montage. Etude du potentiel en France en cours avec l ADEME, le MINEFI et le MAAP 22
Ressources (4/5) : hydrogène & syngaz Possibilité d injection d hydrogène et de méthane de synthèse notamment pour le stockage d électricité Stockage d électricité excédentaire sous forme de : - Hydrogène jusqu à 6% d H2 dans les réseaux gaz sans contrainte - Méthane de synthèse : méthanation de l hydrogène 2H 2 + CO 2 = CH 4 + O 2 Ouvre la possibilité du stockage saisonnier d électricité via les stockages souterrains de gaz (+ de 150 TWh / 30% de la consommation actuelle) 23
Conclusion sur le distributeur en 2030 Le réseau fera le lien entre l évolution des consommateurs et l évolution des gaz acheminés. Le distributeur s y prépare Evolution des gaz acheminés Evolution du réseau Evolution des consommateurs Gaz naturel et non conventionnels Biométhane issu de méthanisation ou gazéification Biométhane d algues Smart meter Smart pipe Smart networks Smart-men Bâtiment BBC et BEPOS Ecoquartier Usine de demain Mobilité durable Production décentralisée Le distributeur de demain sera en charge d un réseau de distribution avancé, capable d acheminer des gaz «verts», exploité par des «smart-men» au service de consommateurs finaux exigeants 24