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Fiche 4.5.2 Révision : mai 2013 Source : AFHYPAC - PM 1/5 Mémento de l’Hydrogèn

Fiche 4.5.2 Révision : mai 2013 Source : AFHYPAC - PM 1/5 Mémento de l’Hydrogène FICHE 4.5.2 DISTRIBUTION GENERALISEE DE L’HYDROGENE Sommaire 1 – Introduction 2 – Production et distribution 3 – Production et distribution locales 4 – Production centralisée et distribution à grande échelle 5 - Conclusion 1. Introduction Si un jour le recours à l’hydrogène énergie se généralise à la fois aux transports, à l’industrie, à l’agriculture et à l’usage domestique, le distribuer deviendra un enjeu primordial dans le contexte d’une véritable « économie de l’hydrogène »(1)(2) et « du développement durable »(3). Selon certains visionnaires du début du siècle, on devrait alors connaître « une nouvelle mondialisation »(1) et « une société sans carbone »(4) voire se diriger vers la « civilisation hydrogène »(5). Récemment Jérémy Rifkin, en prévoyant de stocker les énergies renouvelables par l’hydrogène, confère à ce dernier le rôle de troisième pilier de sa : « Troisième révolution industrielle »(6). Et pour ce qui est des transports, il recommande le recours aux véhicules électriques à pile à combustible à hydrogène: le cinquième pilier de cette troisième révolution industrielle. Aujourd’hui, la distribution généralisée de l’hydrogène énergie est pour le moins hypothétique car son utilisation autre que pour le transport – elle même encore à l’état de démonstration - reste limitée à quelques expériences. C’est pourquoi ce qui suit est à considérer comme une réflexion prospective sur la seule base des possibilités technologiques actuelles sans prendre en compte les coûts, la compétitivité ni les implications économiques qui pourraient en résulter. Il s’agit d’une prospective en partie empreinte d’imagination, si ce n’est d’un peu d’utopie. 2. Production et distribution Pour distribuer l’hydrogène énergie, assez naturelle est l’idée de se reporter au modèle de la distribution du gaz. A l’origine lorsqu’il s’agissait du gaz de ville, cette distribution était localisée autour de l’usine à gaz dont disposait alors chaque agglomération. Lors de l’avènement du gaz naturel, la production – d’abord le captage du gaz de Lacq puis aujourd’hui l’importation – est devenue centralisée et en conséquence la distribution s’est étendue à tout le territoire grâce à un réseau de gazoducs et de points de stockage appropriés. Ramenés à l’hydrogène, ces deux types de distribution correspondraient : - A une production localisée à petite échelle comme celle que fournirait l’électrolyse de l’eau avec de l’électricité issue d’énergie renouvelable solaire, éolienne, hydraulique ou autre, - A une production à grande échelle qui se ferait par reformage d’hydrocarbures, ou par dissociation thermochimique de l’eau ou de la biomasse. Ce peut être aussi une production importante par électrolyse haute température à grande échelle, liée soit à une centrale nucléaire, soit à la production d’électricité renouvelable d’une ferme éolienne, d’une ferme solaire ou d’une centrale hydroélectrique. Fiche 4.5.2 Révision : mai 2013 Source : AFHYPAC - PM 2/5 La distribution de l’hydrogène proprement dite consiste à l’acheminer du lieu où il est produit et stocké, à son utilisateur. Or d’après le §4 de la fiche 4.5.1 précédente concernant le bilan énergétique de cette distribution, il ressort que l’hydrogène doit être transporté le moins possible et surtout pas par la route. Pour les grosses quantités, le transport sous la forme liquide est envisageable mais à condition d’utiliser plutôt le chemin de fer et/ou les voies d’eau. En fait le gazoduc s’avère être la meilleure solution. Aussi dans ce qui suit, c’est à ce mode de distribution de l’hydrogène que nous ferons allusion et ce, d’autant que la technologie correspondante est depuis longtemps maîtrisée, si l’on se rapporte aux réseaux de transport d’hydrogène gazeux construits pour les besoins de l’industrie chimique et présentés en détail dans la fiche 4.1. 3. Production et distribution locales 3.1 – Utilisation sur le lieu même de la production. Cette situation du point de vue de la distribution est extrême puisqu’elle ne nécessite aucun transport d’hydrogène. On rencontre ce cas dans les stations service pour automobiles qui distribuent l’hydrogène produit sur place par électrolyse de l’eau avec de l’électricité provenant d’une éolienne ou d’un panneau photovoltaïque accolé à la station. Les § 2 et 3 de la fiche précédente 4.5.1 donnent les détails techniques sur les stations service et l’origine de l’hydrogène distribué; le § 5 cite les stations actuellement en service dans le monde qui produisent elles-mêmes leur hydrogène. D’autres situations possibles de production d’hydrogène in situ, sans nécessité de distribution, peuvent s’appliquer à l’alimentation énergétique de bâtiments à usage professionnel ou d’habitations. Ces bâtiments doivent être équipés de capteurs photovoltaïques disposés sur leur toiture ou couplés à de petites éoliennes. A la suite, se trouvent un ensemble électrolyseur-module de stockage et une pile à combustible stationnaire qui produit électricité et chaleur (cf. Fiche 9.3.2 sur les applications stationnaires dans le secteur résidentiel). Ce type d’aménagement, en permettant le stockage de l’énergie par l’hydrogène, rend ces bâtiments entièrement autonomes, voire à énergie positive. L’énergie excédentaire peut alors être distribuée au voisinage sous la forme d’hydrogène ou d’électricité, cette dernière pouvant aussi être injectée dans le réseau de distribution général. Parmi les projets de démonstration existant un peu partout dans le monde, citons celui qui, en France, a été développé par « Abalone énergie » à Saint-Herblain dans les environs de Nantes lors de la construction de son siège social. Il s’agit d’un bâtiment à énergie positive dont l’équipement correspond à la description ci-dessus. Unité Abalone Fiche 4.5.2 Révision : mai 2013 Source : AFHYPAC - PM 3/5 2° ) – Distribution autour d’une production locale Liée à une centrale locale, la distribution de l’hydrogène correspondrait – conditionnel ou pourquoi pas futur - à un transport sur une courte distance, la meilleure des solutions d’après les conclusions de la Fiche 4.1. Cette situation serait bien différente des schémas actuels de centralisation et de distribution généralisée de l’énergie électrique et du gaz naturel. En particulier, on peut imaginer des générateurs diversifiés utilisant des énergies renouvelables locales soit dans les zones périurbaines soit dans les zones rurales. Pour ce qui concerne l’énergie solaire, une possibilité intéressante est le recours à des capteurs photovoltaïques placés sur les toitures des constructions : usines, entrepôts, grandes surfaces, maisons individuelles ou encore les toitures des fermes et installations agricoles. Ainsi par exemple le toit d’une maison individuelle offre une surface disponible pour des panneaux photovoltaïques d’au moins 100 m2. Ainsi avec un rendement entre 0.1 et 0.2 kWe/m2 et un ensoleillement moyen du nord au sud de la France de 1 200 à 1 800 heures par an, ce sont entre 10 et 30 000 kWh d’énergie électrique qui peuvent être disponibles en une année pour chaque habitation. Transformée en hydrogène par électrolyse de l’eau avec un rendement moyen de 65%, cela correspond à une énergie stockée disponible de l’ordre de 8 à 20 000 kWh par an. Dans le cas de bâtiments d’exploitation agricole ou d’entreprise recouverts de beaucoup plus grandes toitures, la quantité d’hydrogène récupérable est en proportion. Resterait à souhaiter un « design » industriel suffisamment créatif pour que ces toitures en capteurs solaires soient esthétiquement acceptables. Bien qu’il soit possible de disposer dans chaque maison ou chaque grand bâtiment d’un électrolyseur et d’une installation de stockage d’hydrogène alimentant une pile à combustible, il paraît plus facile d’envisager l’installation de petites centrales de production et de stockage fonctionnant avec l’électricité produite par les capteurs d’un ensemble de toitures voisines. L’hydrogène obtenu serait distribué par gazoduc à chaque bâtiment pour y être transformé en électricité et chaleur par une pile à combustible. Et pourquoi ne pas prélever une partie de cet hydrogène pour les véhicules automobiles très utilisés dans ces zones, où habitations et entreprises sont dispersées ? Cela reviendrait à adjoindre une station service à la centrale. Une autre partie de l’hydrogène pourrait aussi être ajoutée au réseau de gaz naturel pour en renforcer le pouvoir énergétique (le mélange dénommé hythane). Une telle possibilité est actuellement envisagée dans le cadre du projet de démonstration GRHYD mené par GDF SUEZ. Et enfin, dernier perfectionnement: mettre en réseaux énergétiques intelligents (smart grid pour les anglo saxons) ces centrales locales. Pour les régions ventées ou riches en cours d’eau; un même schéma de production stockage et utilisation d’hydrogène peut être élaboré à partir d’éoliennes ou de turbines hydroélectriques avec un avantage, il faut le souligner, celui d’une plus grande puissance électrique disponible à la sortie de ces générateurs (pour une éolienne, certes en fourniture intermittente, plusieurs MWe, l’équivalent de 1 à 2 hectares de panneaux photovoltaïques; pour une petite centrale hydraulique, en continu, de 0,5 à 1 MW)). En revanche, bruyantes et encombrantes, ces éoliennes ou turbines seraient plutôt à implanter à l’écart des habitations et des lieux d’activité. Deux installations de chaînes énergétiques localisées, à base d’énergie renouvelable avec un stockage par l’hydrogène, existent en France: les projets de démonstration Myrte et Janus. Le projet MYRTE (Mission hYdrogène-Renouvelable pour l'inTégration au réseau Electrique) associe la centrale solaire de Vignola en Corse à un module de production et stockage d’hydrogène et une pile à combustible. Ainsi 3 000 m2 de panneaux photovoltaïques permettent de disposer d’une uploads/Ingenierie_Lourd/ fiche-4-5-2-distrib-g-n-ralis-e-rev-mai-2013-st.pdf