Une contribution de Zoe Stadler, responsable du département Power-to-X, Institut de technologie énergétique IET – Haute école spécialisée de Suisse orientale
L’accent mis sur l’énergie hydraulique et solaire dans la production actuelle et future d’électricité fait que de nombreuses régions de Suisse produisent déjà aujourd’hui plus d’électricité qu’elles n’en consomment en été, mais en importent en hiver depuis les cantons ou pays voisins. Avec l’électrification croissante, les besoins en capacité de transport d’électricité augmentent, ce qui conduit en partie à une extension du réseau. Une alternative à cette extension du réseau serait d’utiliser des systèmes de stockage locaux pour absorber les pics de consommation. Les batteries et les centrales de pompage-turbinage sont des technologies bien établies qui peuvent passer rapidement d’un cycle de stockage à un cycle de restitution. Elles conviennent très bien comme solutions de stockage flexibles à court terme, mais ne sont pas conçues pour le stockage à long terme. Dans le cas extrême où il n’y aurait qu’un seul cycle de stockage par an, chargé en été et déchargé en hiver, les investissements réalisés à cet effet et le volume de stockage doivent être dans un rapport raisonnable.
Stockage saisonnier de l’énergie
Pour le stockage à long terme (c’est-à-dire saisonnier) de l’électricité, l’utilisation des technologies Power-to-X est donc particulièrement envisageable. Dans un aperçu des technologies de stockage d’énergie publié par l’OFEN (voir Illustration 1), l’hydrogène, le méthane et les métaux sont donc mentionnés pour le stockage à long terme (Oberholzer 2021). Le méthanol et l’ammoniac, ainsi que d’autres composés tels que les LOHC (liquid organic hydrogen carrier), dans lesquels l’hydrogène peut être stocké à des fins de transport ou de stockage, sont également des vecteurs énergétiques possibles pour le stockage à long terme.
Densité énergétique gravimétrique et volumétrique
Les vecteurs énergétiques liquides et gazeux produits par les procédés Power-to-X sont envisagés pour différents domaines d’application. Outre le stockage d’énergie à long terme, leur utilisation dans le domaine de la mobilité (transport maritime international et transport aérien) et dans l’industrie est particulièrement pertinente. La densité énergétique est particulièrement importante pour les applications dans le domaine de la mobilité: dans le transport maritime, c’est surtout la densité volumétrique qui compte, tandis que dans le transport aérien, c’est surtout la densité gravimétrique. Plus un carburant prend de place, moins il reste d’espace pour les marchandises ou les personnes à transporter. Dans le domaine du transport maritime, l’utilisation du méthanol, du biogaz liquéfié et de l’ammoniac est donc actuellement à l’étude afin de permettre un fonctionnement renouvelable à long terme.
La densité énergétique joue également un rôle dans le stockage à long terme, mais celui-ci est moins central. L’intégration dans l’infrastructure existante et une bonne capacité de stockage sont ici particulièrement déterminantes. Concernant l’infrastructure, cela signifie que la production et la reconversion en électricité des vecteurs énergétiques synthétiques doivent idéalement être mises en œuvre dans des nœuds énergétiques existants, c’est-à-dire sur un site disposant de la puissance électrique nécessaire et, si du méthane ou du méthanol doit être produit, d’une source de CO2. Une source de chaleur résiduelle serait également utile pour couvrir les besoins énergétiques des processus de la manière la plus rentable possible. La conception de telles plateformes Power-to-X, dans lesquelles l’électricité qui ne peut être utilisée à d’autres fins est convertie en vecteurs énergétiques chimiques, stockée temporairement et reconvertie en électricité si nécessaire, fait partie de plusieurs projets de recherche en cours.
Projets à l’OST (haute école spécialisée de Suisse orientale)
Un démonstrateur de stockage saisonnier d’énergie à l’aide de méthanol sera bientôt construit à Horgen. L’avantage du méthanol par rapport à l’hydrogène et au méthane est qu’il est liquide à température ambiante et à pression atmosphérique, ce qui facilite grandement son stockage. Le Green Energy Hub ainsi nommé sera construit dans une usine d’incinération des ordures ménagères (UIOM). Les UIOM sont particulièrement adaptées à de telles plateformes, car elles produisent de l’électricité, de la chaleur résiduelle et des émissions de CO2, tous des éléments nécessaires aux processus Power-to-X. Le Green Energy Hub est un projet phare d’Innosuisse, dirigé par l’IET Institut für Energietechnik de la Haute école spécialisée de Suisse orientale (OST). Le démonstrateur teste l’interaction de nouvelles technologies telles que l’électrolyse à haute température, la synthèse du méthanol et le stockage dans des hydrures métalliques avec l’infrastructure existante de l’UIOM. Les tests dans le démonstrateur devraient débuter en 2026.
Un autre projet consiste à étudier la possibilité de créer des plateformes Power-to-X à Obwald / Fribourg, y compris le stockage à long terme (avec le soutien du Groupe E, d’Avenergy, du fonds de recherche FOGA et du canton d’Obwald). Ce projet vise à déterminer à quoi pourraient ressembler de telles plateformes dans différentes régions de Suisse, en se basant sur les exemples d’Obwald et de Fribourg. Cela comprend l’examen des données techniques de référence, des coûts, de l’espace nécessaire et, en particulier, des possibilités de stockage. Dans le cas du méthanol notamment, il est possible de réutiliser les réservoirs de stockage existants, qui sont actuellement utilisés pour les combustibles et carburants fossiles, afin d’y stocker des vecteurs énergétiques renouvelables. À Hambourg, dans les grands parcs de stockage du port, une telle réutilisation est déjà mise en œuvre. Cependant, le méthanol étant très corrosif, la conversion de chaque réservoir et de chaque site doit être soigneusement étudiée. De nouveaux réservoirs seraient nécessaires pour stocker l’ammoniac, le méthane ou l’hydrogène. Dans le cas du méthane et de l’hydrogène, un stockage souterrain dans d’anciens gisements de gaz ou dans des réservoirs de gaz naturel actuels est également possible – les premiers projets de ce type sont déjà en cours en Europe.
La mesure dans laquelle les plateformes Power-to-X peuvent soulager le réseau électrique fait partie des études menées dans le cadre du projet P+D ENSURE soutenu par l’OFEN. Ce projet reproduit les défis actuels et futurs du réseau électrique dans un modèle physique et teste la vitesse de réaction des nouvelles technologies Power-to-X (ainsi que des technologies de reconversion en électricité telles que les piles à combustible et les centrales de cogénération). Les résultats de la faisabilité technique et des analyses de rentabilité devraient permettre de déterminer si ces nouvelles technologies peuvent réduire l’extension nécessaire du réseau et si elles peuvent contribuer de manière générale à la stabilité du réseau.
Ces trois projets sont en cours de réalisation (parmi beaucoup d’autres). L’équipe Power-to-X de l’OST mène depuis plus de 10 ans des activités de recherche et de développement sur les technologies Power-to-X, qui peuvent contribuer de manière positive à la stabilisation du réseau électrique, à la sécurité d’approvisionnement, à la création de valeur ajoutée nationale et à une plus grande indépendance. Certaines informations et publications sont disponibles sur le site web: www.ost.ch/ptx
Illustration 3: installation Power-to-Methane sur la plateforme de recherche Power-to-X de l’IET Institut für Energietechnik de la Haute école spécialisée de Suisse orientale (OST) à Rapperswil.
Sources
Illustration 1: types de stockage d’énergie en fonction de la puissance et de la capacité. Source: Dr Stefan Oberholzer, Technologies de stockage d’énergie – Aperçu 2021, Office fédéral de l’énergie. (Oberholzer 2021)