Transformer l’électricité en hydrogène

Description détaillée de la Solution

Le Power to Gas consiste à transformer de l’électricité en hydrogène par électrolyse de l’eau.

L’hydrogène joue le rôle de vecteur énergétique, en étant par exemple transporté dans le réseau de gaz naturel. On peut ajouter une étape à ce processus : la transformation de l’hydrogène en méthane de synthèse par méthanation ; cette opération est d’autant plus intéressante qu’elle permet d’absorber et recycler du CO2. De multiples applications, qui concernent des marchés de taille et de maturité différentes, sont envisageables pour le Power to Gas : stockage massif des excédents électriques d’origine renouvelable, services système, report ou évitement d’investissements locaux dans le réseau électrique, mobilité décarbonée (méthane de synthèse ou H2), usages industriels de l’hydrogène, …

Le Power to Gas favorise l’insertion des énergies renouvelables dans le système électrique, en facilitant l’équilibrage des réseaux électriques et en valorisant les surplus de production. Ces surplus de production sont définis comme la part de la production électrique non absorbable par la consommation intérieure.

A l’horizon 2050, ces surplus de production peuvent être estimés à plus de 50 TWh/an. Cette quantité se répartit entre des surplus de courte durée et des surplus de longue durée. Or, parmi toutes les technologies de stockage de l’électricité disponibles actuellement, le Power to Gas est aujourd’hui la technologie la plus adaptée au stockage de longue durée. Le Power to Gas pourrait ainsi assurer la gestion de surplus de production du système électrique français d’au moins 3 TWh/an en 2030, et 20 TWh/an à l’horizon 2050.

De manière plus générale, le Power to Gas contribue à la transition énergétique en mettant en œuvre les leviers suivants :

• Valoriser les surplus d’électricité issus de la production d’énergies renouvelables intermittentes, et apporter ainsi une solution à la problématique du stockage de l’électricité.
• Faciliter l’implantation future de nouveaux champs de production d’électricité renouvelable
• Contribuer à la bonne tenue des réseaux électriques et à la gestion des congestions
• Capter et valoriser du CO2 via une étape de méthanation
• Décarboner les réseaux de gaz par l’injection de gaz d’origine renouvelable (H2 ou méthane de synthèse) en plus de la méthanisation
• Augmenter la sécurité d’approvisionnement de la France et contribuer à la diminution du déficit de la balance commerciale avec des productions locales.

Le Power to Gas est donc une solution à développer dans les années à venir, que ce soit autour de ses aspects techniques (rendement, fonctionnement opérationnel de systèmes complets…), économiques (organisation de la filière française, diminution des coûts d’investissements, valorisation du gaz produit…) ou réglementaires (statut du stockage d’énergie, élaboration de modèles économiques à moyen et long termes, …). Ce développement doit démarrer dès à présent afin d’engager une filière française dans la course européenne.

Cette filière impliquera les acteurs des systèmes électriques et gaz (énergéticiens, opérateurs de réseaux, producteurs de renouvelables, acteurs de la mobilité GNV …), de l’hydrogène (constructeurs d’équipements, consommateurs industriels, acteurs de la mobilité hydrogène …) et les institutionnels (ministères, régulateurs, centres de recherche, pôles de compétitivité, Régions, …).

Le développement de cette filière passe également par l’étude et la réalisation d’installations pilotes. C’est précisément ce que sont en train de nous montrer nos voisins allemands et c’est ce qu’il est nécessaire d’initier en France également .Les compétences correspondantes existent d’ores et déjà en France et ne doivent pas être abandonnées : la filière Power to Gas a besoin de voir son avenir éclairé par une réelle volonté politique et sociétale vers un avenir décarboné.

Date de lancement

Il existe des réalisations en Allemagne, dont certaines réalisées avec des membres de l’AFHYPAC (McPhy Energy)

2015 pour le projet piloté par GRTgaz, premier démonstrateur sur le réseau de transport de gaz naturel en France

Partenaires de la solution

Points de vigilance pour le déploiement de la Solution

Chiffres clés illustrant le déploiement et les résultats de cette Solution

Performances, impacts et résultats

Environnementaux
Stocker entre 21 à 72 TWh d’électricité à l’horizon 2050 (en fonction des besoins des ENR implantés) (soit 6 à 24% de la consommation nationale d’électricité) Produire ainsi entre 14 à 46 TWh PCS de gaz de synthèse renouvelable

Sociaux/sociétaux
Construire plusieurs centaines d’installations de Power to gas en France crée des emplois dans les territoires.

Economiques
Les territoires produisent du gaz renouvelable au lieu de l’importer : positif pour la balance commerciale. A hauteur de 14 à 50 TWh, en fonction du déploiement des sources renouvelables électriques intermittentes (éolien et solaire)

Techniques
Développer des filières d’excellence en France, encore embryonnaire : construction d’électrolyseurs afin de produire massivement de l’hydrogène. En 2050, la capacité installée pourrait atteindre de 7 700 à 24 000 MWe

Résultats tangibles dès aujourd'hui
Des sites fonctionnent en Allemagne (démonstrateurs).

Résultats tangibles à horizons moyen et long terme
• 1 premier démonstrateur à construire dès maintenant en France, afin de créer les conditions pour le déploiement en 2030 (industrialisation, contexte légal, tarifaire et fiscal à créer …) • Les 1ers besoins massifs sont annoncés pour 2030 : 1 200 à 1 400 MWe de capacité de Power-to-Gas installée en 2030, pouvant valoriser entre 2,5 et 3 TWh d’électricité et produire entre 1,8 et 2 TWh de gaz de synthèse •Déploiement complet à un horizon 2050 Voir l’étude publiée en octobre 2014 par Ademe GRTgaz GrDF (disponible sur les sites respectifs) : http://www.grtgaz.com/fileadmin/engagements/documents/fr/Power-to-Gas-etude-ADEME-GRTgaz-GrDF.pdf ou : http://www.ademe.fr/etude-portant-lhydrogene-methanation-comme-procede-valorisation-lelectricite-excedentaire