[PDF] Etude portant sur lhydrogène et la méthanation comme procédé de

View - Download Etude portant sur lhydrogène et la méthanation comme procédé de

Previous PDF

Next PDF

excédentaire

Septembre 2014

Etude réalisée par le groupement :

900 vieux chemin de Saint-Omer

F-59670 Cassel

Téléphone : 03 66 72 10 03

contact@ee-consultant.fr

Site: www.ee-consultant.fr

14 place Jules Ferry

69006 Lyon

info@hespul.org

Tel : 04 37 47 80 90

Solagro

75 Voie du TOEC

CS 27608

31076 TOULOUSE Cedex 3

solagro@solagro.asso.fr

Tél : 05 67 69 69 69

E&E Consultant, Hespul, Solagro Sommaire 3

Sommaire

SOMMAIRE .................................................................................................................................................................................................................. 3

CADRAGE ET CONTENU D ................................................................................................................................................................. 8

........................................................................................................................................................................................... 9

1. QUEST-CE QUE LE POWER-TO-GAS ? ...................................................................................................................................................................... 9

1.1. Concept ................................................................................................................................................................ 9

2. QUELLE PLACE POUR LE POWER-TO-GAS DANS LES SCENARIOS EUROPEENS ? ...................................................................................................... 10

3. BILAN EFFICACITE, ENVIRONNEMENT, ECONOMIQUE ............................................................................................................................................ 11

3.1. Technologie........................................................................................................................................................ 11

3.2. Performances ..................................................................................................................................................... 12

3.2.1. Performances énergétiques ............................................................................................................................................. 12

3.2.1. Performances environnementales ................................................................................................................................... 12

3.2.1. Performances économiques ............................................................................................................................................ 13

4. SCENARIO POSSIBLE DE DEVELOPPEMENT ............................................................................................................................................................. 14

5. UN CADRE LEGISLATIF ET ECONOMIQUE A CONSTRUIRE ........................................................................................................................................ 16

5.1. Quelle répartition entre secteur marchand et secteur régulé ? ......................................................................... 16

5.2. Le besoin de définir un modèle économique stable ........................................................................................... 16

5.3. Commencer rapidement à adapter le cadre réglementaire ............................................................................... 16

5.4. La nécessaire collaboration entre électriciens et gaziers .................................................................................. 17

6. RECOMMANDATIONS ............................................................................................................................................................................................. 17

EXECUTIVE SUMMARY.......................................................................................................................................................................................... 19

1. WHAT IS OWER-TO-GAS ? ................................................................................................................................................................................ 19

1.1. Concept .............................................................................................................................................................. 19

2. WHAT ROLE FOR POWER-TO-GAS IN EUROPEAN SCENARIOS? ............................................................................................................................... 20

3. EFFICIENCY, ENVIRONMENT AND ECONOMIC BALANCE ......................................................................................................................................... 21

3.1. Technology ......................................................................................................................................................... 21

3.2. Performances ..................................................................................................................................................... 22

3.2.1. Energy performances ...................................................................................................................................................... 22

6.1.1. Environmental performances .......................................................................................................................................... 22

6.1.2. Economical performances .............................................................................................................................................. 22

4. A POSSIBLE DEVELOPMENT SCENARIO ................................................................................................................................................................... 23

5. A LEGAL AND ECONOMIC FRAMEWORK TO BE BUILT ............................................................................................................................................. 25

5.1. What shares for market and regulated sectors? ................................................................................................ 25

5.2. A need to define a stable economical model ...................................................................................................... 25

5.3. Adapt the current regulatory framework in the short term ................................................................................ 25

5.4. A need for collaboration between gas and power industries. ............................................................................ 26

6. RECOMMENDATIONS ............................................................................................................................................................................................. 26

PARTIE 1 QUELLE PLACE POUR LE POWER-TO-GAS DANS LES SCENARIOS DE TRANSITION VERS LES ENERGIES

RENOUVELABLES ? ................................................................................................................................................................................................. 28

1. CONTEXTE DE LETUDE ......................................................................................................................................................................................... 28

2. LE POWER-TO-GAS : DEFINITION ET INTERET. ....................................................................................................................................................... 32

2.1. Définition ........................................................................................................................................................... 32

2.2. Les services rendus par le Power-to-Gas .......................................................................................................... 33

2.2.1. ......................................................................................................................................................... 33

2.2.2. ........................................................................................................................................................ 35

4 Sommaire E&E Consultant, Hespul, Solagro

2.2.3. .............................................................................................................. 36

2.2.4. Services système ............................................................................................................................................................. 37

3. LA PLACE DU POWER-TO-GAS DANS LES SCENARIOS DE TRANSITION ENERGETIQUE ............................................................................................. 38

3.1. Critères de choix des scénarios ......................................................................................................................... 38

3.2. Présentation des scénarios ................................................................................................................................ 38

3.3. Vue globale ........................................................................................................................................................ 44

3.4. Analyse comparative .......................................................................................................................................... 45

4. FOCUS SUR DEUX PAYS PIONNIERS DU POWER-TO-GAS: LE DANEMARK ET LLLEMAGNE .................................................................................. 47

4.1. Le Danemark ..................................................................................................................................................... 47

4.1.1. Contexte politique .......................................................................................................................................................... 47

4.1.2. .......................................................................... 47

4.1.3. Le rôle et la place du Power-to-Gas dans la transition énergétique danoise ................................................................... 48

....................................................................................................................................................... 50

4.2.1. Contexte politique .......................................................................................................................................................... 50

4.2.2. ..................................................................... 50

4.2.3. Le rôle et la place du Power-to-Gas dans la transition énergétique allemande ............................................................... 51

PARTIE 2 DESCRIPTION DES DIFFERENTES FILIERES ET BRIQUES TECHNOLOGIQUES ........................................................... 52

1. INTRODUCTION ...................................................................................................................................................................................................... 52

2. ELECTROLYSEUR ................................................................................................................................................................................................... 53

2.1. Principes généraux ............................................................................................................................................ 53

2.2. Technologies alcalines ....................................................................................................................................... 55

2.3. PEM (Proton Exchange Membrane).................................................................................................................. 57

2.4. SOEC (Solid Oxide Electrolyser Cell) ............................................................................................................... 61

2.5. Synthèse ............................................................................................................................................................. 62

2.6. Acteurs ............................................................................................................................................................... 64

3. REACTEUR DE METHANATION ............................................................................................................................................................................... 65

3.1. Principes généraux ............................................................................................................................................ 65

3.2. Voie thermochimique ou catalytique.................................................................................................................. 66

3.3. Voie biologique .................................................................................................................................................. 68

3.4. Synthèse ............................................................................................................................................................. 70

4. LES SOURCES DE CO2 ............................................................................................................................................................................................ 72

............................................................................................................................................. 72

4.2. Transformation de matières organiques ............................................................................................................ 72

4.2.1. Digestion anaérobie ........................................................................................................................................................ 72

4.2.2. Gazéification .................................................................................................................................................................. 73

4.3. Industries et centrales thermiques ..................................................................................................................... 74

4.3.1. CO2 pur ou quasi-pur ...................................................................................................................................................... 74

4.3.2. CO2 dilué dans les fumées .............................................................................................................................................. 74

5. ÉQUIPEMENTS AUXILIAIRES ................................................................................................................................................................................... 78

5.1. Stockage tampon ................................................................................................................................................ 78

5.2. Compression ...................................................................................................................................................... 78

5.3. Raccordement réseau ......................................................................................................................................... 79

5.3.1. Réseau de distribution .................................................................................................................................................... 79

5.3.2. Réseau de transport......................................................................................................................................................... 80

6. LES DEMONSTRATEURS DE POWER-TO-GAS .......................................................................................................................................................... 81

6.1. Filière hydrogène ............................................................................................................................................... 81

E&E Consultant, Hespul, Solagro Sommaire 5

6.2. Filière méthane .................................................................................................................................................. 81

6.3. Résumé des installations pilotes ........................................................................................................................ 83

PARTIE 3 ANALYSE COMPARATIVE DES PERSPECTIVES ET DES CONDITIONS DE DEVELOPPEMENT DES

DIFFERENTES FILIERES DE PRODUCTION, TRANSFORMATION ET VALORISATION ........................................................................ 84

1. LE CADRE DE DEVELOPPEMENT ............................................................................................................................................................................. 84

? ............................................................. 84

1.1.1. Principes de modélisation ............................................................................................................................................... 84

1.1.2. Résultats de la modélisation ........................................................................................................................................... 87

1.1.3. A quel prix ? ................................................................................................................................................................... 97

............................................................................. 102

1.2.1. ................................................................................................................ 102

1.2.2. Composition du gaz ...................................................................................................................................................... 105

1.2.3. Contraintes techniques .................................................................................................................................................. 105

1.2.4. Méthane de synthèse / hydrogène ................................................................................................................................. 109

1.3. Les sources de CO2 .......................................................................................................................................... 109

1.3.1. Méthanisation ............................................................................................................................................................... 110

1.3.2. Gazéification ................................................................................................................................................................ 111

1.3.3. .................................................................................................................................. 111

1.4. Cadre réglementaire et fiscal........................................................................................................................... 115

1.4.1. Électricité ..................................................................................................................................................................... 116

1.4.2. Hydrogène .................................................................................................................................................................... 118

1.4.3. CO2 ............................................................................................................................................................................... 119

1.4.4. Méthane de synthèse..................................................................................................................................................... 120

2. ETUDE DE CAS ..................................................................................................................................................................................................... 123

2.1. Méthodologie de modélisation ......................................................................................................................... 123

2.1.1. Schéma de principe....................................................................................................................................................... 123

2.1.2. Bilan matière, énergie et coûts...................................................................................................................................... 123

2.1.3. Bilan environnemental .................................................................................................................................................. 124

2.2. Paramètres économiques ................................................................................................................................. 126

2.2.1. Valorisation du gaz de synthèse ................................................................................................................................... 126

2.2.2. Valorisation des co-produits ......................................................................................................................................... 131

2.3. Paramètres déterminants et cas étudiés........................................................................................................... 132

2.3.1. ..................................................................................................................................................... 132

2.3.2. Type de méthanation .................................................................................................................................................... 133

2.3.3. Duré ........................................................................................................... 133

2.3.4. Source de CO2 .............................................................................................................................................................. 133

2.3.5. Caractéristiques locales du réseau de gaz ..................................................................................................................... 139

2.3.6. ................................................................................................................................................. 139

2.3.7. ........................................................................................................................................ 140

2.4. Résultats ........................................................................................................................................................... 141

2.4.1. Rendement de conversion ............................................................................................................................................. 141

2.4.2. Performance environnementale .................................................................................................................................... 143

2.4.3. Coûts de production ...................................................................................................................................................... 144

2.4.4. Interprétation des résultats ............................................................................................................................................ 151

3. CHEMIN DE DEVELOPPEMENT .............................................................................................................................................................................. 159

3.1. Les différentes contraintes ............................................................................................................................... 159

3.1.1. ion hydrogène ............................................................................................................................ 159

6 Sommaire E&E Consultant, Hespul, Solagro

3.1.2. La saisonnalité des consommations de gaz ................................................................................................................... 160

3.1.3. La ressource de CO2 ..................................................................................................................................................... 160

3.2. Scénario de développement possible................................................................................................................ 163

PARTIE 4 RECOMMANDATIONS .................................................................................................................................................................. 166

1. INTRODUCTION .................................................................................................................................................................................................... 166

2. LES PRINCIPALES LEÇONS TIREES DE LANALYSE ................................................................................................................................................ 166

2.1. Le Power-to-Gas est incontournable dans tous les scénarios de réduction massive des GES et de pénétration

élevée des énergies renouvelables .......................................................................................................................... 166

-to--

2030 ........................................................................................................................................................................ 166

2.3.

différentes briques technologiques du Power-to-Gas ............................................................................................. 167

2.4. Le Power-to-Gas ouvre la voie à une vision systémique de notre modèle énergétique dans la perspective de la

transition énergétique ............................................................................................................................................. 167

2.5. Le Power-to-Gas peut contribuer à la réduction des émissions de gaz à effet de serre .................................. 167

3. UN CADRE LEGISLATIF ET ECONOMIQUE A CONSTRUIRE ...................................................................................................................................... 168

3.1. Quelle répartition entre secteur marchand et secteur régulé ? ....................................................................... 168

3.2. Le besoin de définir un modèle économique stable ......................................................................................... 168

3.3. Commencer rapidement à adapter le cadre réglementaire ............................................................................. 169

3.4. La nécessaire collaboration entre électriciens et gaziers ................................................................................ 169

4. RECOMMANDATIONS ........................................................................................................................................................................................... 171

4.1. R&D (court terme 5 ans) .............................................................................................................................. 172

4.2. Organisation de la filière démarche collective (moyen terme 5-10 ans) ................................................... 172

4.3. Information sensibilisation (moyen terme 5-10 ans) .................................................................................... 172

4.4. Cadre réglementaire (à moyen terme 10 ans)............................................................................................... 172

4.5. Exemples de mécanismes de soutien (moyen terme - 10-15 ans) ..................................................................... 172

ANNEXES .................................................................................................................................................................................................................. 178

ANNEXE 1 PRESENTATION DES SCENARIOS ........................................................................................................................................ 179

A. ALLEMAGNE .................................................................................................................................................................................................. 180

1. Leitstudie 2011-ministère de l'Environnement (BMU) ................................................................................... 180

2. DVGW ............................................................................................................................................................. 182

3. Scenario Fraunhofer ISE ................................................................................................................................ 183

4. Scénario Kombikraftwerk2 ............................................................................................................................. 184

5. Scénario " Energiespeicherfür die Energiewende » ....................................................................................... 186

6. Germany 2050, a greenhouse gas-neutral country ......................................................................................... 187

B. DANEMARK ................................................................................................................................................................................................... 188

1. Danish Climate Commission ........................................................................................................................... 188

2. Sustainable Energy Vision 2030 for Denmark ................................................................................................ 189

3. The IDA Climate Plan 2050 ............................................................................................................................ 190

C. FRANCE ......................................................................................................................................................................................................... 191

1. Scénario négaWatt 2011-2050 ........................................................................................................................ 191

2. Vision ADEME 2030-2050 ............................................................................................................................. 192

3. Scénario : Facteur 4 - GrDF .......................................................................................................................... 194

4. .................................................................................................................................... 195

D. EUROPE ......................................................................................................................................................................................................... 197

1. EU ENERGY, TRANSPORT AND GHG EMISSIONS TRENDS TO 2050 ..................................................... 197

E&E Consultant, Hespul, Solagro Sommaire 7

2. Roadmap 2050 : a practical guide to a prosperous, low carbon Europe ....................................................... 198

3. Greenpeace Battle of the Grids ....................................................................................................................... 199

E. SUISSE ........................................................................................................................................................................................................... 201

1. », septembre 2012 ......................................................... 201

2. AES Scénarios Approvisionnement Electrique futur ....................................................................................... 202

F. BELGIQUE ...................................................................................................................................................................................................... 204

1. ............................................................... 204

G. PAYS-BAS...................................................................................................................................................................................................... 206

1. ECN Roadmap NL sustainable ....................................................................................................................... 206

H. GRANDE BRETAGNE ...................................................................................................................................................................................... 207

1. ZéroCarbonBritain 2013 ................................................................................................................................ 207

I. IRLANDE ........................................................................................................................................................................................................ 208

1. Store : Does Ireland need more storage ......................................................................................................... 208

J. SUEDE ........................................................................................................................................................................................................... 211

1. Energy Scenario for Sweden 2050. ................................................................................................................. 211

K. SCANDINAVIE ................................................................................................................................................................................................ 212

1. Nordic-Scenario 2006-2030 ............................................................................................................................ 212

ANNEXE 2 CARACTERISTIQUES DES GAZ UTILISEES POUR LES CALCULS ............................................................................... 214

ANNEXE 3 HYPOTHESE DU CALCUL ICITE RENOUVELABLE ....................................................... 215

ANNEXE 4 HYPOTHESES DES CAS D ......................................................................................................................................... 218

ANNEXE 5 CALCULS BILAN PROCEDE ................................................................................................................................................ 221

A. ACTUEL ......................................................................................................................................................................................................... 221

B. 2020 .............................................................................................................................................................................................................. 223

C. 2030 .............................................................................................................................................................................................................. 225

D. 2050 .............................................................................................................................................................................................................. 227

ANNEXE 6 CALCULS - BILAN ECONOMIQUE ........................................................................................................................................ 229

A. ACTUEL ......................................................................................................................................................................................................... 229

B. 2020 .............................................................................................................................................................................................................. 231

C. 2030 .............................................................................................................................................................................................................. 232

D. 2050 .............................................................................................................................................................................................................. 233

ANNEXE 7 DIAGRAMMES BILAN ENERGETIQUE ................................................................................................................................ 234

8 E&E Consultant, Hespul, Solagro

tique permettant

Dans cette transit

électricité doivent tenir un rôle complémentaire. Récemment apparue comme un enjeu en France,

notamment au sein des scénarios " Vision 2030-2050 négaWatt 2011 » on encore " GrDF 2050

construire une connaissance commune de ce nouveau concept. Elle a également pour but de compléter et

particulier les études : - " es compte de - " Cap 100% ENRe 2050 scénarios pour un système électrique français 100 % renouvelable en 2050.

Elle se décompose en 4 parties :

- Partie 1 : Quelle place pour le Power-to-Gas dans les scénarios de transition vers les

énergies renouvelables ?

- Partie 2 : Description des différentes filières et briques technologiques - Partie 3 : Analyse comparative des perspectives et des conditions de développement des différentes filières de production, transformation et valorisation - Partie 4 : Recommandations

E&E Consultant, Hespul, Solagro Synthès 9

1. -ce que le Power-to-Gas ?

1.1. Concept

az comme -saxon, mais aussi dans de

nombreux autres pays, ce concept est appelé Power-to-Gas (PtG). Par commodité, nous retenons cette

appellation.

dans les systèmes électriques implique des périodes de plus en plus importantes durant lesquelles la

production dépassera la demande. Les quantités mises en jeu pourront dépasser les capacités classiques

de flexibilité et de stockage du système électrique : la conversion en un autre vecteur énergétique apparaît

donc comme une solution pour valoriser ces excédents. chimique sous forme de gaz hydrogène (H22O). Le gaz produit

peut être valorisé de plusieurs manières sur place : par un industriel pour ses propres besoins de procédé ou

par une station-

exemple, ou encore être localement stocké pour être reconverti ultérieurement en électricité via une pile à

combustible.

Mais il peut aussi être injecté directement dans les réseaux de distribution ou de transport de gaz naturel,

créant de fait un couplage entre les différents réseaux et vecteurs énergétiques : ainsi les possibilités de

temporels et spatiaux.

capacités de transport et de stockage : en France les capacités de stockage de gaz sont 300 fois plus

im (sécurité, fuites, compatibilité avec les utilis

probable que la proportion acceptable du point de vue des gestionnaires des réseaux est appelée à

à 20% en

énergie), ce qui constitue de fait un facteur limitant sur le moyen-long terme.

Dans cette perspective, la réaction de méthanation représente une étape supplémentaire permettant de

de carbone (CO2) pour former du

méthane de synthèse (CH4), 100% miscible avec le gaz naturel. Il existe de nombreuses sources de dioxyde

de carbone possibles : récupération du CO2 après purification de biogaz ou de syngas (gazéification de

biomasse), captage du CO2 des émissions industrielles (procédés cimentiers, pétrochimiques, mais aussi

ou du méthane qui est déjà

" raccordée aux réseaux » qui offre une réelle synergie avec les infrastructures existantes et un large

ssibles du gaz produit :

10 E&E Consultant, Hespul, Solagro

- mobilité via des véhicules à moteurs à explosion classiques (essence ou Diesel) adaptés pour

fonctionner au méthane (Gaz Naturel Véhicule, GNV) comme il en existe une quinzaine de millions

en circulation à travers le monde1. La Figure 10 résume le concept du Power-to-Gas tel que défini dans cette étude.

Figure 1 Schéma de principe du Power-to-Gas

2. Quelle place pour le Power-to-Gas dans les scénarios

européens ?

Une analyse de 24 scénarios énergétiques européens récents réalisée dans le cadre de cette étude a

permis -to-Gas :

1 Ce qui en fait un avantage important comparé aux véhicules électriques ou à piles à combustible qui nécessitent une reconversion à la

e automobile et de la distribution des carburants.

Consommations :

- Mobilité - Chaleur - Matière première - Production

électrique

Consommation

Productions

ENR variables

Power-to-

Gas

Réseau de gaz

Excédents

électriques

quotesdbs_dbs35.pdfusesText_40

[PDF] POLITIQUE DE PERFECTIONNEMENT DU PERSONNEL ENSEIGNANT

[PDF] CONTRAT DE FORMATION PROFESSIONNELLE (Articles L. 6352-1à3 du Code du travail)

[PDF] Prêt Logement 92. 1. Les familles résidant dans les Hauts-de-Seine ayant au moins un enfant né ou à naître.

[PDF] CONDITIONS GENERALES DE VENTE HÔTEL TY MAD

[PDF] ade - Apprentissage ICT Unité Intégrée Volume 4 4.14 Centre de Restauration

[PDF] Courtage immobilier résidentiel - EEC.1Y

[PDF] Procédure de mise à jour. Yourcegid Fiscalité

[PDF] Itinéraires. Centre-Val de Loire. Conduite de son projet d'évolution professionnelle choisie

[PDF] Communauté de communes D Erdre et Gesvres Accessibilité aux ERP Jeudi 29 mars 2012

[PDF] Outplacement. Schémas. Le soutien au reclassement professionnel. - Prestant un préavis d au moins 30 semaines

[PDF] Programme et informations du Master 1 - Etudes internationales & européennes

[PDF] L ENTRAÎNEMENT EN CENTRE DE FORMATION, EXPERT EN FORMATION DES JEUNES.

[PDF] Rapport d évaluation du master

[PDF] L échéance du 1 er janvier 2015

[PDF] DOMAINE : DROIT, SCIENCE POLITIQUE. Master Mention : Droit Public Option DROIT PUBLIC GENERAL (VET 0141) 1 ère Année (M1)