le stockage géologique d'énergie
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Le stockage géologique d'énergie
sous forme d’hydrogène
Anne-Gaëlle Bader
BRGM – Dir. Géoressources
Géologie des Bassins et des Stockages
Journée hydrogène naturel – SGF – Paris – 30/0/2015
Le stockage d’énergie dans le sous-sol
> L’introduction d’une part croissante d’énergies renouvelables
intermittentes (éolien et solaire) dans le mix électrique déséquilibre
la stabilité des réseaux.
> La décarbonation du mix électrique décidée par les politiques
publiques peut offrir aujourd’hui un contexte favorable au
déploiement de solutions de « stockage d’énergie ».
> Hydrogène = Vecteur énergétique.
> Stocker de l’hydrogène revient à stocker de l’énergie.
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Variation de la production
> Eolien et solaire sont des énergies intermittentes
• Déficit: Périodes anticycloniques ou baisse de la
production par manque d’ensoleillement. Peut nécessiter le
démarrage de centrales thermiques comme moyen de
régulation.
• Surplus: Forte production en période de faible demande.
> 3
Umweltbundesamt report, 2010. "Energy target 2050: 100% renewable electricity supply"
Exemple en Allemagne
“Dark calm”: période
anticyclonique
hivernale de plusieurs
semaines.
A-t-on besoin de stocker de l’énergie?
> Modélisation déficit / surplus en Allemagne 1. Sans prise en compte de la mobilité, des pompes à chaleur
et de l’AC
Umweltbundesamt report, 2010. "Energy target 2050: 100% renewable electricity supply“.
2. Avec prise en compte de la gestion de la consommation
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A-t-on besoin de stocker de l’énergie?
> La France représente une exception dans le paysage
énergétique européen.
> L’étude PEPS ne soulevait pas un besoin de stockage
massif d’ici 2030. • Besoins éventuels peuvent être satisfaits par des stations de pompage,
les batteries...
> D’autres études, au contraire, prédisent un besoin
complémentaire massif (fonction des scénarii de
modélisation et de la part du nucléaire).
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Motivations du stockage d’énergie
> Le stockage d’énergie est donc une solution possible
pouvant être mise en œuvre pour gérer les
intermittences et garantir la stabilité sur les réseaux.
> C’est également une opportunité économique pour • réguler la volatilité du marché de l'électricité
• réduire les coûts de consommation d'électricité
• améliorer le rendement du parc de production d’électricité renouvelable
(solaire et éolien).
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Technologies de stockage de l’électricité
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Source: ITM Power
> L’utilisation du sous-sol est envisagée pour plusieurs techniques
ayant toutes un point commun : la nécessiter de stocker de grandes
quantités d’énergie (stockage massif).
Power to Gas
> Concept:
• Convertir l’électricité en 02 et H2 par électrolyse de l’eau
• H2 peut être utilisé pour:
–la ré-électrification (PaC)
– l’injection dans le réseau de gaz (5-10% maximum) et turbinage
– la génération de CH4
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H2
Storage
Comparaison des solutions de stockage massif d’H2
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Source : FP7 project HyUnder Deliverable 3.3 : Benchmarking of Selected Storage Options (2013)
Stockage d’H2 en cavité saline - Expérience
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USA, Gulf coast
3 x 1 caverns
• Each ~ 600,000 m3
• Pressure up to 150 bars
• Depth : 800 – 1,400 m
• Usage : petro industry
Teesside, UK
1 x 3 caverns
• 3 × 70,000 m3
• Pressure 45 bars
• Depth : 400 m
• Usage : petro industry
Stockage d’H2 en gisement déplété de gaz - Expérience
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Parc éolien important
A forte capacité de
développement
850,000 Nm3/an
d’hydrogène produit
Objectif : Stockage
pour ré-électrification
via turbinage
Pilote conduit par HyChico S.A. sur le site Diadema, Patagonie, Argentine
Mixed gas storage – Depleted field experimentation
> Evaluate the impact of up to
10% of hydrogen on
underground gas storage.
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Underground Sun Storage – Research project coordinated by RAG - Austria
> Injection Phase-summer 2015 • Hydrogen generated on site, mixed into the gas
stream and injected into the formation
• Material test
> Intermediate Phase • Surface pressure monitoring
• Subsurface pressure and temperature monitoring
• Gas composition monitoring
• Regular maintenance and safety checks
> Production Phase-spring 2016 • Water and Gas sampling
• On site gas measurement
• On site gas conditioning by membrane separator
• Material Tests
Stockage géologiques de l’H2 – Contribution du BRGM
Résultats de l’étude de sitologie CAES pour les granites et roches métamorphiques
(Beccaletto et al., 2010)
> FP7 HyUnder - Evaluation du potentiel, des acteurs et d’un
modèle économique pour le stockage massif d’hydrogène en
Europe.
• BRGM partenaire sur le cas d’étude Français.
• Sollicité essentiellement sur les aspects de sitologie.
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1. Formations salifères
2. Bassins sédimentaires
(aquifères et gisements
déplétés)
3. Formations cristallines
(cavités minées revêtues)
> ANR HYSTUR (en cours d’évaluation) – Analyse de la
faisabilité de stockage d’H2 dans les réservoirs souterrains.
• LEMTA, BRGM, Georessources, LCPME, Air Liquide, ANDRA, + German
partners, and Argentinian operators Hychico
• Sur un pilote d’injection de H2 en gisement déplété de gaz, étude de l’activité
bactérienne sur les fluides stockés (H2/CH4).
> Partenariat avec Hychico
• Etude de la réactivité de l’hydrogène sur le site Diadema en Argentine.
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Verrous scientifiques abordés
> Consommation bactériologique de l’H2
– Production CH4, H2S, H2O…
– Modification des propriétés pétrophysiques du réservoir ou de la
couverture
> Réactivité chimique avec le milieu
– Réactions d’oxydo-réduction….
Stockage géologiques de l’H2 – Contribution du BRGM
> Thèse en partenariat avec ISTO
• Mesures des propriétés de transport de l’H2 dans différents milieux
géologiques. Etablir un protocole de mesure Kr, Pc.
• Réactivité géochimique de l’H2 à faible température.
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Verrous scientifiques abordés
> Diffusivité de l’hydrogène
– À travers les roches de couverture
– À travers les équipements puits…
Stockage géologiques de l’H2 – Contribution du BRGM
Autres axes de recherche nécessaires
> Impacts & Risques
• intégrité de scellement des zones de stockages (roche couverture,
puits, réservoirs faillés, fracturés)
• impacts potentiels sur les formations encaissantes et sus-jacentes
(déplacements de fluides induits, fuites, changement de composition
chimique, réactivation de failles…).
> Monitoring - Méthodes de surveillance
• Suivi de la migration du gaz (horizontale et verticale)
• Détection des fuites dans la proche surface
• Prélèvement de gaz en fond de puits – Surveillance de la qualité gaz.
> Problématiques liées aux usages multiples du sous-sol
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