Combiner l'hydrogène avec le stockage d'énergie

Combiner l'hydrogène et le stockage d'énergie est une stratégie émergente qui répond aux principaux défis de l'intégration des énergies renouvelables et du stockage d'énergie à long terme. L'hydrogène, vecteur énergétique polyvalent, peut compléter les systèmes de stockage sur batterie , offrant des solutions de stockage à grande échelle et de longue durée, et permettant un réseau énergétique plus flexible, résilient et décarboné.

Voici quelques concepts clés de la combinaison de l’hydrogène avec le stockage d’énergie :

1. **Production d'hydrogène : Power-to-Gas (P2G)**

L'hydrogène peut être produit par électrolyse de l'eau, un procédé alimenté par l'électricité excédentaire issue de sources d'énergie renouvelables comme l'éolien et le solaire. Cette technologie, souvent appelée Power-to-Gas (P2G)**, convertit l'énergie renouvelable excédentaire en hydrogène, qui peut ensuite être stocké et utilisé ultérieurement lorsque la demande énergétique augmente ou que la production d'énergie renouvelable est faible.

– **Électrolyse** : Ce procédé utilise l'électricité pour décomposer l'eau en hydrogène et en oxygène. Lorsqu'il est alimenté par des énergies renouvelables, l'hydrogène produit est considéré comme « hydrogène vert ».

– **Stockage d’énergie** : L’hydrogène produit par électrolyse peut être stocké dans de grands réservoirs, des cavernes souterraines ou des pipelines pendant des périodes prolongées, offrant ainsi une solution de stockage d’énergie de longue durée par rapport aux systèmes de batteries traditionnels.

2. **Le rôle de l'hydrogène dans la stabilité du réseau**

– **Stockage saisonnier** : L’hydrogène peut être stocké pendant des mois, ce qui le rend idéal pour équilibrer l’offre et la demande d’énergie sur de longues périodes, comme le stockage de l’excédent d’énergie solaire estivale pour une utilisation en hiver.

– **Équilibrage des énergies renouvelables** : L'hydrogène contribue à stabiliser les réseaux électriques fortement dépendants de sources renouvelables intermittentes. Lorsque la production d'énergie renouvelable dépasse la demande, l'hydrogène peut absorber le surplus. Lorsque la production d'énergie renouvelable est faible, l'hydrogène stocké peut être reconverti en électricité grâce à des piles à combustible ou des turbines à gaz.

3. **Conversion d'énergie : Power-to-Power (P2P)**

Une fois l’hydrogène produit et stocké, il peut être reconverti en électricité en cas de besoin, via deux méthodes principales :

– **Piles à combustible** : Les piles à combustible à hydrogène convertissent l’hydrogène stocké directement en électricité avec une efficacité élevée et zéro émission, ce qui les rend adaptées à l’alimentation de secours et au soutien du réseau.

– **Combustion dans les turbines à gaz** : L’hydrogène peut être brûlé dans des turbines à gaz naturel modifiées pour produire de l’électricité, de la même manière que les combustibles fossiles sont utilisés dans les centrales électriques. Cette méthode est efficace pour la production d’électricité à grande échelle.

4. **L'hydrogène dans la mobilité et l'industrie**

Les systèmes de stockage d’hydrogène peuvent servir à de nombreux secteurs, notamment là où les batteries sont moins efficaces :

– **Transport** : L’hydrogène est utilisé dans les piles à combustible des véhicules lourds, des camions longue distance et des bus, où les besoins en densité énergétique sont supérieurs à ce que les batteries peuvent fournir.

– **Procédés industriels** : L’hydrogène peut décarboner les industries difficiles à réduire comme l’acier, les produits chimiques et le ciment en remplaçant les combustibles fossiles dans les processus industriels.

5. **Intégration de l'hydrogène et des batteries**

Si les batteries (comme les batteries lithium-ion) sont efficaces pour le stockage d'énergie à court terme et à haute fréquence, l'hydrogène peut les compléter en offrant un stockage à long terme et de grande capacité . L'intégration des deux systèmes permet :

– **Court terme (batteries)** : Stockage d’énergie à haute efficacité et réponse rapide pour l’équilibrage du réseau sur plusieurs heures ou plusieurs jours.

– **Long terme (hydrogène)** : Stockage d’énergie à grande échelle pendant des jours à des mois, particulièrement important pour la fiabilité du réseau pendant les périodes prolongées de faible production d’énergie renouvelable (par exemple, pendant les hivers nuageux).

6. **Avantages du stockage de l'hydrogène**

– **Évolutivité** : Le stockage de l’hydrogène peut être étendu plus facilement que les batteries pour répondre à des besoins énergétiques importants et à long terme.

– **Décarbonisation** : Lorsqu’il est produit à partir de sources renouvelables, l’hydrogène offre une voie pour réduire les émissions dans la production d’électricité et les industries lourdes.

– **Polyvalence** : L’hydrogène peut être utilisé dans tous les secteurs (énergie, industrie, transport), augmentant ainsi la flexibilité des systèmes énergétiques.

7. **Défis du stockage de l'énergie de l'hydrogène**

– **Perte d'efficacité** : La conversion de l'électricité en hydrogène et inversement entraîne des pertes d'efficacité par rapport aux batteries. Alors que l'efficacité aller-retour des batteries peut dépasser 90 %, les systèmes à hydrogène atteignent généralement une efficacité de 30 à 50 %.

– **Coût** : Les technologies de production d’hydrogène (en particulier l’hydrogène vert) et de stockage sont encore coûteuses par rapport aux systèmes de batteries traditionnels, mais les coûts devraient diminuer grâce aux progrès de la technologie des électrolyseurs et aux économies d’échelle.

– **Infrastructures** : Le stockage, le transport et la distribution de l’hydrogène nécessitent un développement important des infrastructures, notamment des réservoirs de stockage, des pipelines et des stations-service.

8. **Perspectives d'avenir et opportunités**

Alors que les pays progressent vers la neutralité carbone et l’intégration des énergies renouvelables, le rôle de l’hydrogène dans le stockage de l’énergie devrait croître :

– **Systèmes hybrides** : La combinaison de batteries et de stockage d’hydrogène peut offrir une solution hybride qui exploite les atouts des deux technologies.

– **Systèmes énergétiques décentralisés** : L’hydrogène peut permettre des systèmes énergétiques décentralisés en permettant aux communautés de stocker l’énergie renouvelable localement et de devenir autonomes en énergie.

– **Exportation d’énergie** : Les pays disposant d’abondantes ressources énergétiques renouvelables (par exemple, solaire, éolienne) peuvent produire de l’hydrogène pour l’exporter vers des régions disposant de moins de capacités renouvelables.

Conclusion

L'hydrogène combiné au stockage d'énergie offre une solution prometteuse pour pallier l'intermittence des énergies renouvelables, permettant un stockage longue durée et favorisant la décarbonation dans de nombreux secteurs. En complément des systèmes de stockage sur batterie , la technologie de l'hydrogène joue un rôle crucial dans la création d'un système énergétique flexible, résilient et durable.