Den omdannelse af elektricitet til gas (i engelsk : magt til gas , P2G eller PtG ) er en proces med at omdanne elektrisk energi til kemisk energi . Hovedanvendelsen af denne proces er genindvinding af overskydende elektricitet (når produktionen overstiger det elektriske systems fleksibilitetskapacitet) i en form, der kan lagres på mellemlang og lang sigt. Omdannelsen er afhængig af elektrolyse af vand ved hjælp af elektricitet til producere hydrogen , eller på methaniseringsreaktoren reaktion til producere methan (undertiden kaldet Hithane ) via Sabatier reaktionen med carbondioxid .
Den producerede gas bruges på stedet eller injiceres i eksisterende netværk (distribution eller transport af naturgas ), hvilket gør det muligt at lagre, transportere og opgradere ved blanding med naturgas.
Især da vedvarende energi (vind, solceller) svinger , kræver deres integration i elnet at absorbere deres overskydende elproduktion . Problemet er så meget desto vigtigere, da de skal repræsentere en væsentlig del af den elektricitet mix i 2030, i Frankrig, der har sat sig som mål at øge andelen af vedvarende energi til 32% af det endelige forbrug. Brutto i energi ved lov af17. august 2015vedrørende energiomstillingen til grøn vækst , som i Tyskland og Danmark, som er stærkt involveret i energiomstillingen . Konverteringen af overskydende elektricitet til en anden energivektor , derefter dens tilbagevenden, er en af løsningerne på dette problem . En fordel ved at konvertere til gas er, at gasnetværket allerede eksisterer; ingen ny infrastruktur skal bygges.
Denne proces fremmes således af flere energiomstillingsundersøgelser, herunder i Frankrig " negaWatt 2017 " -scenarierne , udtalelse fra Det Økonomiske, Sociale og Miljømæssige Råd fra juni 2015, Visions 2030-2050- rapporten fra ADEME i 2103 og GrDF .
Den elektrolyse af vand anvendes til at adskille det atomer oxygen og hydrogen fra vandmolekylet . Det producerede brint kan anvendes uden transformation, hvilket garanterer det bedste udbytte .
Imidlertid kræver brint specielle sikkerhedsforanstaltninger på grund af dets meget høje antændelighed i nærvær af ilt, og dets opbevaring kræver brug af lave porøse materialer for at undgå lækager . For at forenkle opbevaring og reducere antændelighed kan den omdannes til metan ved en metaneringsreaktion , der består af at kombinere CO 2 med hydrogen til dannelse af syntetisk methan.
Både brint og metan kan bruges som brændstof, brændstof eller omdannes tilbage til elektricitet ved kraftvarmeproduktion eller brændselscelle . Ved hver konvertering går en del af den indledende elektriske energi tabt (se nedenstående tabel).
Transformation | Udbytte (%) | Bemærk |
---|---|---|
Elektrisk strøm → Gas | ||
Brint | 54–72 | komprimeret til 200 bar |
Metan (SNG) | 49–64 | |
Brint | 57-73 | komprimeret til 80 bar (gasnetværk) |
Metan (SNG) | 50–64 | |
Brint | 64–77 | uden kompression |
Metan (SNG) | 51–65 | |
Elektrisk strøm → Gas → Elektrisk strøm | ||
Brint | 34–44 | komprimeret til 80 bar konverteret til 60% til strøm |
Metan (SNG) | 30-38 | |
Elektrisk strøm → Gas → Elektrisk strøm og varme (kraftvarmeproduktion) | ||
Brint | 48–62 | komprimeret til 80 bar og elektrisk strøm / varme op til 40/45% |
Metan (SNG) | 43-54 |
Ifølge Jean-Marc Jancovici viser konverteringen af elektrisk strøm → gas → elektrisk strøm en virkningsgrad, der ikke kan overstige 30%, hvor den er større end 75% i tilfælde af pumpelagring . Ifølge ADEME er det omkring 25% eller endda 30% med det bedste aktuelle udstyr; disse værdier er meget lavere end effektiviteten af elektrokemisk opbevaring med akkumulatorer eller batterier, hvilket er ca. 70%. Afhængig af anvendelsen kan den ene eller den anden af disse to løsninger eller en kombination af de to være mere fordelagtig.
Da metan er hovedkomponenten i naturgas , kan sidstnævnte erstattes af metan fra kraft til gas-processen hvor som helst inden for industri, elektricitet, varme, motor og mobilitet .
Hvis den vedvarende syntesegas (hydrogen eller methan) omdannes til elektrisk strøm inden for rammerne af kraftvarmeproduktion, er udbytter på 43 til 62% mulige.
Syntetisk fornybar gas kan f.eks. Bruges i motorer og / eller køretøjer, der kører på gas, eller i form af metan kan den injiceres i naturgasnet for at levere traditionelle anvendelser af gas: madlavning, opvarmning, varmt vand til boligen.
Audi har bygget en 6 MW elektrisk installation i Werlte, Niedersachsen , for at omdanne overskuddet af vedvarende elektricitet til vedvarende syntesegas ved metanering . CO 2er i sig selv vedvarende, da det kommer fra rensning af biogas produceret ved anaerob fordøjelse i et naboland.
Dette GRHYD demonstrationsprojekt skal teste omdannelsen til brint af elektricitet, der ikke forbruges på tidspunktet for dets produktion, med injektion af brint i naturgasnetværket i et nyt distrikt og produktion af hythan (blanding af brint og naturgas) til CNG busser fra Urban Community of Dunkirk. Projektet skal vurdere og validere den tekniske gennemførlighed og den økonomiske, sociale og miljømæssige relevans af en ny energisektor bestående af en blanding af brint og naturgas samt mulige synergier mellem netværkene (elektricitet og gas), der tjener udviklingen af vedvarende energi og mulige nye anvendelser.
Injektion i gasnettet giver fleksibilitet i energisystemet. Det vil gøre det lettere at integrere intermitterende vedvarende energi i energimixet . Kraft-til-gas-potentialet estimeres af Ademe til 30 TWh pr. År for Frankrigs storby i 2035.
GRHYD-projektet blev valgt inden for rammerne af Call for expression of interest (AMI) "Program for demonstranter og teknologiske platforme i vedvarende og kulstoffri energi og grøn kemi: Brint og brændselsceller del" lanceret af Ademe . Det samler et dusin franske partnere, koordineret af Engie (tidligere GDF Suez , ved Engie Lab Crigen forskningscenter ), herunder CEA , Technical Center for Aeraulic and Thermal Industries (CETIAT), Ineris , Areva H2Gen (som producerer elektrolysatorer) , McPhy (specialist i udstyr, der bruger brint), Engie Inéo (til tilslutning), GNVert (Engies datterselskab, der markedsfører køretøjets naturgas), GRDF , bysamfundet i Dunkerque og STDE ( Société des Dunkirk transport og udvidelser ). Det er et af de vigtigste franske brint- og kraft-til-gas- initiativer . Lanceret i 2014 er det en del af strategien for den tredje industrielle revolution (TRI) i Nord-Pas-de-Calais-regionen (overtaget af Hauts-de-France-regionen med støtte fra Ademe) for især at bidrage til reduktion af drivhusgasemissioner (20% mål for Frankrig inden 2020).
Det er mærket af Tenerrdis konkurrenceklynge (specialiseret i [energiovergang]). I 2018 bidrager det også til den brintplan, der blev lanceret den1 st juni 2018af Nicolas Hulot . Investeringen er på 15 millioner euro (prisen på en meget stor rundkørsel), GRHYD krævede seks års studier og anmodninger om godkendelse.
To demonstranter implementeres:
Et sæt af tre containere (indviet i juni 2011) behandler henholdsvis elektrolysetrinnet , opbevaring og indsprøjtning i netværket. Her vil brintet levere kedelrummet til et sundhedscenter i to år. I 2019 når piloten sin maksimale kapacitet.
MINERVE-demonstranten fra AFUL Chantrerie (Association Fédératrice des Utilities Locales) sigter mod at fremme udviklingen af energiløsninger til fremtiden blandt folkevalgte embedsmænd, virksomheder og mere generelt civilsamfundet. Det har også til formål at eksperimentere med andre reaktorer, katalysatorer osv. Den producerede syntetiske methan (0,6 Nm 3 / h ) udvindes som NGV-brændstof og som brændstof i kedlerne i kedelrummet AFUL Chantrerie. Installationen blev designet og bygget af den franske SME Top Industrie med støtte fra Leaf. Det blev accepteret i november 2017 med den forventede præstation: 93,3% af CH4. Dette projekt blev støttet af Ademe og FEDER - Pays de la Loire-regionen samt af flere andre partnere: Department of Council Loire-Atlantique, Engie-Cofely, GRDF, GRTGaz, Nantes-Métropole, Sydela og Sydev .
Den Jupiter 1000 demonstrationsprojekt , forbundet til naturgastransmissionsnet på20. februar 2020, sigter mod at genvinde overskydende vedvarende elektricitet og at genbruge CO 2.
Mens omkring tyve demonstranter allerede er i drift i Europa, især i Tyskland, Jupiter 1000 , med en effekt på 1 MW , som ligger i den industrielle-havneområdet i Fos-sur-Mer , er den første installation på denne produktion skala. I Frankrig. Produktionen af brint sikres af to elektrolysatorer med forskellige teknologier fra 100% vedvarende energi. Demonstranten bruger en innovativ metaneringsteknik . CO 2 krævet fanges på det nærliggende Ascometal stålværk .
Koordineret af GRTgaz og produceret i samarbejde med Grand Port Maritime de Marseille , mobiliserer Jupiter 1000 franske partnere med supplerende færdigheder: McPhy Energy til elektrolyse, Atmostat til metangasbeholderen, Leroux og Lotz Technologies til CO 2 -fangst, CEA for F&U , Compagnie Nationale du Rhône (CNR), der leverer vedvarende elektricitet og sikrer fjernbetjening af anlægget, og GRTgaz og TIGF styrer indsprøjtning i gasnetværket . GRTgaz leverer også engineering og overordnet integration og i sidste ende drift af stedet.
Udgifterne til projektet beløber sig til 30 mio. EUR , hvoraf næsten to tredjedele leveres af industrielle partnere og en tredjedel finansieret af Den Europæiske Økonomiske og Regionale Udviklingsfond (FRDER) og af statsstøtte ( investeringer fra fremtiden overdraget til Ademe ) og Provence -Alpes-Côte d'Azur-regionen .
MYRTE-platformen er et projekt til at konvertere elektricitet til gas med det formål at øge regionernes energiautonomi. Faktisk er det korsikanske elnet et ø-netværk: lille i størrelse, følsomt over for variationer i produktionen, begrænset i kapaciteten af nye produktionsmidler med en kraftig stigning i efterspørgslen efter elektricitet. MYRTE-platformen tillader således en kobling mellem et fotovoltaisk felt og et brintlagringsorgan. Installationens samlede effektivitet er i størrelsesordenen 40%, det er planlagt at genbruge varmen frigivet af elektrolysatoren og brændselscellen til at nå 70%.
Udviklingspotentialet ved elkonvertering repræsenterer ifølge ADEME en løsning for fremtiden til lagring af intermitterende elektricitet af vedvarende oprindelse.
En teknologi, der er fuldt operationel i Frankrig i 2030, og processen repræsenterer ikke et teknologisk gennembrud eller noget behov for at udvikle ny el-transportinfrastruktur (investeringer undgås) takket være opbevaring i tætte og sikre naturgasnet, hvilket også gør det muligt styrke sikkerheden i gasforsyningen. På den anden side tilbyder det:
Med en gennemtrængningshastighed af vedvarende elektriske energier, der overstiger 50% i 2050, vil kraft-til-gas gøre det muligt at producere mellem 20 og 30 TWh / a vedvarende gas, der kan injiceres i eksisterende netværk og etablere sig som en lagerløsning til elektricitet. langvarige overskud.
På kort / mellemlang sigt: brint præsenterer sig ved at blive inkorporeret i gasnettet i kontrollerede proportioner og i direkte brug på nichemarkeder (især via brændselsceller) som en måde at genvinde overskydende brændstof på. Betydelig vedvarende elproduktion.
I tilfælde af at GRHYD-projektet viser store vanskeligheder for de eksisterende netværk med at levere rent brint blandet med naturgas, vil en overgang til produktion af syntetisk metan gøre det muligt at fjerne alle de tekniske grænser, der er knyttet til injektion og dermed give adgang til meget store underjordiske lagerfaciliteter. Metanering kan også yde et væsentligt bidrag til den massive udbredelse af vedvarende gas til anvendelser såsom mobilitet eller varme, der synes vanskelige at dekarbonisere.
Parallelt med denne udvikling på energiområdet, og som nu, findes der substitutionspotentiale i industriel anvendelse af brint, der repræsenterer omkring 1 million ton om året. Især til diffuse anvendelser kunne små mængder allerede forsynes med hydrogen produceret ved elektrolyse.
Disse substitutionspotentialer repræsenterer et teknisk og økonomisk spørgsmål for Power-to-gas, men også spørgsmål med hensyn til reduktion af drivhusgasemissioner.
Det flerårige energiprogram (PPE) giver mulighed for idriftsættelse af en til ti demonstranter inden 2023 og ti til hundrede inden 2028 med et offentligt investeringsbidrag på 50 mio. EUR om året over tre år.