L’hydrogène vert est prometteur en tant que solution énergétique sans émissions au sein des infrastructures renouvelables. Toutefois, les scientifiques de l’Institut Reiner Lemoine soulignent plusieurs défis dans la transition vers des centrales électriques à 100 % d’hydrogène.
Dans le paysage énergétique en évolution, les centrales thermiques pourraient être cruciales pour garantir un approvisionnement énergétique constant. Leur importance devient prononcée lorsque les sources d’énergie renouvelable rencontrent des limites pour générer suffisamment d’électricité pendant des périodes prolongées. Pour renforcer la résilience du système énergétique, de multiples stratégies visant à diversifier et renforcer les options d’approvisionnement sont explorées.
Hydrogène électrique. Image utilisée avec l’aimable autorisation du Los Alamos National Laboratory
Une option pour les centrales électriques sans émissions est l’hydrogène vert. L’hydrogène (H2) est important dans le cadre des énergies renouvelables, garantissant une génération stable d’électricité. Cependant, les nouvelles centrales électriques et les centrales électriques existantes doivent devenir prêtes à utiliser l’hydrogène H2 lorsqu’elles sont adaptées à son utilisation, un processus qui est remis en question par le manque de définition de ce que signifie « être prêt à utiliser l’hydrogène H2 ».
Les chercheurs de l’Institut Reiner Lemoine (RLI) à Berlin, en Allemagne, ont publié une étude récente décrivant des méthodologies pour établir des définitions réglementaires de la préparation à l’utilisation de l’hydrogène H2 dans l’ensemble de l’Union européenne. Leurs résultats montrent également les défis liés à la transition vers l’adoption de l’hydrogène dans la production d’énergie.
Définition de la préparation à l’utilisation de l’hydrogène H2
L’hydrogène électrique peut constituer un complément sûr pour faire face aux déséquilibres de l’offre et de la demande qui résultent parfois de l’utilisation de l’énergie produite par des sources renouvelables telles que l’énergie éolienne et solaire. Cependant, la disponibilité commerciale de turbines à gaz pour prendre en charge une utilisation de l’hydrogène à 100 % dans de plus grandes centrales électriques n’est pas encore viable. Ainsi, la construction ou le réaménagement de centrales électriques prêtes à utiliser l’hydrogène H2 est une tentative de poser les bases avec le soutien d’incitations politiques et financières.
Bien que « prêt à utiliser l’hydrogène H2 » soit un terme utilisé dans la législation européenne sur les centrales électriques, sa définition précise reste ambiguë. Cela complique le processus de planification de ces centrales électriques. Un concept bien défini de préparation à l’utilisation de l’hydrogène H2 peut établir un cadre fiable pour la réalisation de centrales électriques à l’hydrogène H2 sans émissions.
Catégories de types de centrales électriques dans la stratégie des centrales électriques. Image utilisée avec l’aimable autorisation de l’ Institut Reiner Lemoine
À ce jour, l’Allemagne est le seul pays à avoir une définition implicite trouvée dans la loi sur la chaleur et l’énergie combinées. Selon cette définition, le passage à une utilisation de l’hydrogène à 100 % devrait être réalisable tout en coûtant moins de 10 % de l’investissement initial de la centrale électrique. Cette définition vise à donner la priorité à la réduction substantielle des émissions en tant que principal objectif.
Cette définition favorise les investissements dans des centrales électriques à cycle combiné gaz-vapeur plus efficaces mais plus coûteuses. Cependant, elles fonctionnent pendant de nombreuses heures et nécessitent une demande plus élevée en hydrogène.
Défis liés aux coûts et à l’approvisionnement
Bien que les centrales électriques à l’hydrogène présentent une solution, la triste réalité est que l’hydrogène durable (ou vert) est complexe et coûteux à produire.
L’hydrogène vert est produit par électrolyse en utilisant des sources d’énergie renouvelables, tandis que l’hydrogène gris ou bleu est créé à partir de combustibles fossiles avec une technologie de capture du carbone. L’utilisation de l’hydrogène bleu dans les centrales électriques à hydrogène peut entraîner des émissions comparables ou supérieures à celles générées par le gaz naturel.
Processus d’électrolyse de l’hydrogène. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Argonne National Laboratory
L’utilisation de l’hydrogène vert dans les infrastructures énergétiques est essentielle pour une transition énergétique réussie.
Une centrale électrique de 400 MW fonctionnant à 100 % à l’hydrogène utilisera plus de 700 MWh par heure. Cela équivaut à la quantité d’hydrogène transportée par douze poids lourds à remorque.
L’obtention du volume d’hydrogène vert requis est nécessaire pour réussir la décarbonisation, ce qui représente un défi majeur. Les chercheurs du RLI affirment que la clé réside dans la connexion des centrales électriques à hydrogène au réseau central d’hydrogène et dans la garantie d’un approvisionnement constant en hydrogène vert.
La mise en place de l’infrastructure nécessaire à la production et à la distribution à grande échelle d’hydrogène vert est un obstacle considérable. Cela nécessite la construction d’électrolyseurs, de fermes d’énergie renouvelable, d’installations de stockage et de réseaux de distribution, ce qui demande des investissements et du temps considérables.
De plus, l’équipe du RLI a conclu que les mesures de réaménagement les plus importantes concernent principalement les systèmes de gaz combustible et les systèmes de turbines à gaz. Les coûts prévus pour ces modifications devraient représenter moins de 10 % de l’investissement initial pour les grandes centrales électriques à cycle combiné. Cependant, ces dépenses de réaménagement devraient être considérablement plus élevées pour les centrales à turbines à gaz.
De nouvelles centrales électriques à gaz prêtes à utiliser l’hydrogène H2 sont en cours de construction avec pour objectif de passer à un fonctionnement à l’hydrogène à 100 % d’ici 2035. L’utilisation de turbines à gaz avec de l’hydrogène pur est actuellement à l’essai. Il faudra encore plusieurs années avant que cette technologie ne s’impose définitivement.