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2014.04.03AFG Ile-de-France
Sylvain Lemelletier Directeur de Projet
Power to GasLe réseau de gaz au service de la transition énergétique
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GRTgaz, transporteur européen de gaz naturel de réf érence
Points d’Entrée - SortieChiffre d’affaires 1,6 milliard d’€
3.000 salariés
en charge d’une obligation de service public de
transport de gaz naturel en France
Soumis à la régulation de la CRE
Le réseau de transport le plus long d’Europe
Plus de 32 000 km de réseau en France
4 500 postes de livraison
637 TWh de gaz transporté en 2012
114 clients expéditeurs acheminent du gaz vers
839 clients industriels raccordés,
13 sites de production d’électricité à partir de gaz,
16 distributeurs (GrDF + 15 Entreprises Locales de
Distribution)
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Soutenir les réseaux électriques• valoriser les surplus d’électricité issus de la pro duction
d’énergies renouvelables intermittentes• Contribuer à la bonne tenue des réseaux électriques
et à la gestion des congestions
Contribuer à décarboner les réseaux de gaz par l’injection de gaz d’origine renouvelable • H2 ou méthane de synthèse• Capter et valoriser du CO2 via une étape de méthan ation
Réduire la dépendance énergétique du pays• Production locale
GRTgaz et ses partenaires souhaitent se positionner comme des acteurs clés de la transition énergétique
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Notre vision d’un futur de réseaux interconnectés
Réseaux gaz naturelRéseaux gaz naturel
e-gaz
Réseaux gaz naturel
Réseaux électricité
L’étude est basée sur des scénarios définis par l’ADEME (2012)
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NucléaireAutresPVEolien
56
36
33
60
Vision 2050
70
Vision 2030Parc actuel 2012
~ 392 TWh
+ 51 GW( PV+Eolien)
Consommation intérieure ~ 485 TWh ~ 381 TWh
70
46
32
63
2
7
?
46
Estimation des surplus de production électrique dans un scénario donné
ESTIMATION DE LA CHARGE RESIDUELLE DU SYSTÈME ELECTRIQUE APRES PRODUCTION NUCLEAIRE ET FATALE [MW]
•Surplus de production1) : ~ 75 TWh
•~ 5000 à 6000 h de surplus de production
•Déficit de production : ~ 27 TWh•~ 3000 à 4000 h de déficit de production
L’augmentation supposée du parc Eolien+PV permettrait une production supplémentaire de ~ 95 TWh qui pourrait donc substituer 95 TWh de production nucléaire soit ~12 GW de capacité. Nous supposons donc une diminution de 12 GW du parc nucléaire installé à 2050 par rapport au scénario 2030 soit, à horizon 2050, 20 GW de capacité nucléaire installée
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Les périodes de surplus de production seront principalement de longue durée
CARACTERISATION DES PERIODES DE SURPLUS DE PRODUCTION EN FONCTION DE LA DUREE DE LA PERIODE
Durée des périodes de surplus
[en nombre d’heures ou de jours consécutifs de surplus de production]
1511 10
26
0
50
100
150
200
250
300
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
3 j à 1 semaine2 à 3 jours1 à 2 jours12 à 24h
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< 12h
Volume de surplus [en TWh] - échelle de gauche Occurrence des surplus [en #/an] - échelle de droite
Su
rplu
s d
e p
rod
uct
ion
[e
n T
Wh
]
~80% des surplus (en volume) proviennent de
périodes de surplus de longue durée (12h
consécutives ou plus)
7 Source: Modélisation et Analyses E-CUBE Strategy Consultants
Hydrogène
(stockage puis utilisation en PAC ou turbine à combustion H2 )
STEP 2)
L’hydrogène semble aujourd’hui la technologie la plus adaptée aux stockages de longue durée
Batteries électrochimiques pour
stockage de masse
(NaS, Li-Ion, Redox)
1 kWh 10 kWh 1 MWh 100 MWh 1 GWh <10 GWh
Capacité énergétique
Stockage d’air comprimé
Injection d’hydrogène
dans le réseau GN
... mais seul l’hydrogène permet des
stockages de longue durée (>1 jour)
Minute
Heure
Jour
Mois
Co
nst
an
te d
e t
em
ps
4)
Super-condensateurs /
Volants d’inertie / SMES Seconde
STEP : Station de
transfert d’électricité par
pompage
8 Source: EPRI, Analyse E-CUBE Strategy Consultants
Les seules techniques existantes adaptées à
des stockages d’une durée de ~1 journée
sont la production d’hydrogène, les STEP
(et dans une moindre mesure le CAES),
En 2050, l’électrolyse pourrait assurer la gestion d’au moins 25 TWh/an de surplus de production du système électrique français
� En se basant sur les scénarios Ademe de développement des ENR, nous estimons que le 75 TWh d’énergie intermittente devront être stockés
� Ils seront traités selon les divers modes de stockage à disposition
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Surplus "absorbé" par
électrolyse
Surplus délesté
~ 5 TWh
Part du surplus assuré
par d’autres moyens de
stockage que
l’électrolyse
~ 15 TWh
Exports
~ 15 TWh
Stockage STEP
~ 15 TWh
Surplus de production
maximal théorique
~ 75 TWh
~ 25 TWh
Produire de l’hydrogène par électrolyse
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ElectrolyseInjection dans le réseau de
transport
Electricité
H2O
H2
O2
CH4
���� → ��
�+ �2
Ajouter la méthanation : augmente les quantités, augmente les synergies
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Electrolyse MéthanationInjection dans le réseau de
transport
H2O
H2 CH4
O2 H2O
CH4
CO2
4��+ ��
�→ ��
��+ ��
�
Electricité
2 solutions : injection directe d’hydrogène dans le réseau de gaz naturel ou méthanation
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0 5 10 15 20 25 30 % vol. H2 évacué par le réseau
Pui
ssan
ce in
stal
lée
Injection de H2 à coût faible
Développement de H2 et/ou méthanation en fonction de la roadmaptechnologique
Recours à la méthanation vraisemblable
Electrolyse MéthanationPower
H2O
H2 CH4
O2 CO2 H2OChaleur
ElectrolysePower
H2O
H2
O2
Vente de kWhgaz .
Un des business models ...
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Réseau électrique
POWER TO GAS
Marché électrique
Marché gaz
Achat de kWhélectriques
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Le projet de pilote Power to Gas
Le projet prévoit de l’injection d’hydrogène, puis l’intégration d’un étage de méthanation
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Electrolyse1 MW
Injection dans le réseau de transport
ElectricitéH2
H2
Phase
A
Electrolyse et injection directe H2
Electrolyse1 MW
MéthanationInjection dans le
réseau de transport
Electricité
H2 CH4
CH4
CO2ou H2 +CH4
H2
Phase
B
Mix méthanation et injection H2
2017
2018 ?
Nous souhaiterions injecter du méthane de synthèse
et une part d’hydrogène dans le réseauMaxi 6 % - cf spécifications - à préciser avec nos partenaires
Captage du CO2
Les objectifs du pilote (démonstrateur) à plus cour t terme
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Le meilleur moyen de convaincre est de passer du concept à un outil réel
Validation du procédé comme mode de stockage vis à vis du réseau électrique� Validation des services rendus au réseau électrique (modularité ...)� Validation des technologies
Lancement de la filière Power-To-Gas en France� Construire les conditions favorables à l’émergence d’une filière
industrielle
Construction d’un Business Model� Faire émerger et traiter un à un les points durs afin d’atteindre la
rentabilité
Audi lance les A3 g-tron
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� Audi lance les A3 g-tron� Fonctionnent au gaz naturel
� Audi assure la production de gaz naturel de synthèse à Werlte (Allemagne)
� Une installation de 6 MW� Capable d’alimenter 1500 Audi A3
sur 15 000 km par an
Le e-gas selon Audi : un dispositif original ...
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La transition énergétique est entamée :GRTgaz y contribue avec énergie
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Transition énergétique
Biométhane
Gaz NaturelCarburant
Power to Gas
� En préparant l’injection de l’hydrogène
et du méthane de synthèse,
pour stocker et utiliser au mieux
l’électricité produite par les EnR
quand elle n’est pas consommée
GRTgaz a la volonté de proposer les réponses
adaptées aux enjeux sociétaux, économiques et
environnementaux de la transition énergétique
� En favorisant le développement du
biométhane, le premier gaz renouvelable
injecté sur le réseau
� En développant les usages
Gaz Naturel Carburant (GNC)
pour la mobilité
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Merci de votre attention
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Back up
Quelques ordres de grandeur sur les rendementsdu Power to Gas
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ElectrolysePower
H2O
H2
O2
η = 79%100 MWh 79 MWh
1. Electrolyse seule
Electrolyse MéthanationPower
H2O
H2 CH4
O2 CO2 H2O
η = 54%100 MWh
79 MWh
54 MWh
2. Electrolyse et méthanation
Electrolyse MéthanationPower
H2O
H2 CH4
O2 CO2 H2O
Méthanisation
η = 64%100 MWh
79 MWh
54 MWh
3. Electrolyse et méthanation en synergie avec la méthanisation
Chaleur
Chaleur
Source : DRI 2013 (DOE 2012)
Source : DRI 2013 (Audi)
Source : DRI 2013 (Audi)
η = 68%
η = 80%Avec chaleur
Le gaz et les réseaux gaziers : des solutions pour …
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• liées à la production électrique et thermique
• - 30 % par rapport au fuel lourd
• - 60 % par rapport au charbon
• 234 g/kWh pour le gaz,320 g/kWh pour le fuel384 g/kWh charbon(Ademe)
Réduire les émissions de CO2
• GNV, GNL
• - 25 % de CO2 par rapport à l’essence
• quasiment pas de particules
Réduire les émissions dans les transports
• les pertes techniques liées au transport + distribution
• ~ 1 % de l’énergie acheminée pour le gaz
• 0,3% pour le transport et 0,7 % pour la distribution de gaz (GRTgaz, GrDF)
• ~ 6 % pour l’électricité(3)
• 2,1 % pour le transport et 3,8 % pour la distribution (RTE, ErDF)
Limiter la consommation d’énergie
Pour concrétiser ces solutions, nous coopérons avec des transporteurs européens - accord du 24 avril 2013
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Une conviction partagéeLes systèmes gaz permettent de :
� garantir un approvisionnement à prix abordable pour tous
les consommateurs (particuliers, collectivités, industries),
� faciliter l’essor des ENR et d’une économie faiblement carbonée.
Une vision communeLes capacités des réseaux gaziers existants et la complémentarité gaz/ENR contribueront
à diviser par 4 les émissions de CO2 en 2050 par rapport à 2010 (Facteur 4).
Les domaines de coopération �L’injection de gaz renouvelable et le développement
de certificats verts.
� Le P2G, e-gaz.
�Le GNV et le GNL carburant pour les transports routiers
et maritimes.
AUDI communique sur l’autonomie des véhicules e -gas
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Focus sur la douzaine de projets P2G avec injection dans le réseau (en cours ou en projet)
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Nation Démonstrateur
Consortium
Go live
Mol. injectée
Transporteur Gaz Distributeur Gaz
Autres acteurs
notables H2 SNG
Allemagne E.On Hamburg E.On Hanse Netz E.On Hanse Netz E.On gas storage déc.-14
Allemagne Audi Werlte EWE netz EWE netz Audi juil.-13 √
Allemagne E.On Falkenhagen Ontras Gas transport E.On gas storage août-13 √
AllemagneThüga Mainova
Frankfurt Thüga energienetze déc.-13 (Ph1) (Ph2)
Allemagne ZSW déc.-12 ?
Allemagne RWE Ibbenbüren RWE Netz n/a √
Allemagne CO2RRECT Niederhaussen - -
Bayer
Siemens
RWE Power
√ √
Danemark ForskEL energinet.dk juin-14 ?
Danemark FoulumE.On
energinet.dkErdgas Zurich oct.-13
France Gdf-Suez GRHYD GrDF Areva mars-15 √
Italie INGRID Puglia Enel Distrib. n/a
Pays-bas NorthSea P2G Platform
Fluxys, NG, OGE,
Energinet.dk, Gasunie,
GRTgaz
Alliander
Tennet
Royaume-Uni Gridgas NationalGrid Shell √
Royaume-Uni P2G BioMet NationalGrid mars-15 √ ?
H2
CH4
H2
H2
H2
H2
H2
H2
H2
CH4
CH4
Projet lancéTransporteur impliqué