Power to Gas : une solution pour valoriser les surplus d’électricité renouvelable et recycler le CO2

Description détaillée de la Solution

Le développement massif des sources d’énergies renouvelables intermittentes annonce des difficultés importantes de gestion des surplus de production sur le réseau électrique. La technologie Power-to-Gas apporte une solution en transformant l’électricité solaire et éolienne en un gaz de synthèse neutre en carbone.

Le Power to Gas consiste à transformer de l’électricité en gaz. Plus précisément, l’électricité est utilisée pour transformer de l’eau en hydrogène par électrolyse. L’hydrogène peut ensuite être combiné à du dioxyde de carbone (CO2) pour obtenir du méthane de synthèse, par méthanation ; cette opération est d’autant plus intéressante qu’elle permet le captage et le recyclage de CO2. L’hydrogène ou le méthane de synthèse ainsi générés, neutres en carbone (car leur combustion sera émettrice de la même quantité de CO2 que celle recyclée pour les produire), peuvent ensuite être injectés sur le réseau de transport de gaz.

Le Power to Gas contribue à la transition des systèmes énergétiques en répondant à des enjeux majeur pour le système énergétique :

• Apporter une solution de stockage massif de l’électricité et valoriser les surplus d’électricité issus de la production d’énergies renouvelables intermittentes, en mettant le réseau de gaz et toute sa souplesse au service du réseau électrique
• Faciliter l’intégration, le stockage et le développement des énergies renouvelables électriques et gazières
• Produire localement du gaz renouvelable plutôt que d’importer du gaz fossile
• Contribuer à la bonne tenue des réseaux électriques et à la gestion des congestions
• Capter et valoriser du CO2  via une étape de méthanation

Le projet JUPITER 1000 piloté par GRTgaz à Fos sur Mer a pour ambition de développer cette innovation à l’échelle industrielle en installant un démonstrateur unique et novateur :

La première expérience en France à l’échelle du MW soit une production équivalente à la consommation annuelle d’environ 200 familles

• Le premier projet d’injection dans le réseau de transport de Gaz Naturel
• Le premier projet qui valorise du CO₂ issu de fumées industrielles
• Le premier projet qui combine deux technologies d’électrolyse
• La mise en œuvre de technologies nouvelles de captage et de méthanation

Ce projet poursuit plusieurs objectifs :

•  démontrer la faisabilité technique d’une installation complète
•  envisager de nouvelles synergies entre les réseaux électrique et gazier
• évaluer les services rendus aux réseaux électriques et à la collectivité
• explorer les aspects économiques et réglementaires de la technologie en vue de son déploiement

Les perspectives du Power to Gas sont reconnues et multiples. À l’horizon 2050, le volume dess surplus électriques (part de la production électrique non absorbable par la consommation intérieure), pourrait être compris entre 44 à 91 TWh/an : 21 à 72 TWh seraient valorisables à cet horizon via le Power-to-Gas, qui semble aujourd’hui être la technologie la plus adaptée aux stockages de longue durée. Substituer ce gaz de synthèse au gaz naturel fossile pourrait ainsi permettre, en 2050, l’économie d’au moins 3,5 millions de tonnes de CO2 par an (dans l’hypothèse d’absorption de 25TWh de surplus électrique).

Le Power to Gas est à l’aube de créer une réelle filière industrielle d’excellence en France, impliquant 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 acteurs institutionnels (ministères, régulateurs, centres de recherche, pôles de compétitivité, Régions, …).

Date de lancement

Le projet Jupiter 1000, premier démonstrateur Power to Gas en France, a été initié fin 2013, il va rentrer en phase opérationnelle début 2016 pour une mise en service prévue en 2018.

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 TWhPCS de gaz de synthèse renouvelable. La production de 15TWh de gaz de synthèse par valorisation des surplus de production électrique permettrait d’éviter l’émission de 3,5 millions de tonnes de CO2 par an (en 2050).

Sociaux/sociétaux
Le projet Jupiter 1000 devrait permettre à terme de développer la filière et de créer 300 emplois locaux. Construire plusieurs centaines d’installations de Power to Gas en France permettra de créer des emplois durables dans les territoires.

Economiques
Les territoires produisent du gaz renouvelable au lieu de l’importer, ce qui est positif pour la balance commerciale. Cette substitution du gaz importé par du gaz local pourrait se faire à 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 à horizons moyen et long terme
Le projet Jupiter 1000 à Fos-sur-Mer doit permettre de créer les conditions pour le déploiement du Power to Gas en 2030 (industrialisation, contexte légal, tarifaire et fiscal à créer …). Les premiers 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