Stockage et déstockage d'électricité renouvelable sur du méthane de synthèse

Contexte général
  • La production d’électricité a atteint 4447,5 TWh en 2011 dans le monde, dépassant les 20% de la production totale (20,2% en 2011);
  • Les énergies renouvelables (EnR) sont peu polluantes mais intermittentes : problème de stockage;
  • Les accumulateurs d’électricité sont très volumineux et de durée de vie limitée;
  • Le stockage de l’électricité sous forme de méthane présente les avantages suivants:
  • Un gain environnemental lié au déverrouillage du déploiement à grande échelle d’énergies décarbonées;
  • Indépendance vis-à-vis des ressources fossiles;
  • Réduire les coûts induits par la consommation de l’électricité;
  • Assurer le contrôle et l’ajustement de l’énergie électrique (qualité et stabilité de l’énergie).

Production électrique d’origine renouvelable en 2011

Source: Agence Internationale de l’énergie

Objectifs
  • Conception d'un procédé réversible de stockage et déstockage de l’électricité sous forme de méthane de synthèse en utilisant un co-électrolyseur à haute température;
  • Etude énergétique et économique d’un système fonctionnant à charge variable allant jusqu’à l’inversion.
Description du procédé
  • Dans la phase de stockage, le réacteur électrochimique fonctionne en mode électrolyseur (SOEC) et consomme l’électricité EnR excédentaire en co-électrolysant de l’eau et du CO2, en provenance soit de réservoirs, soit de réseaux d’approvisionnement;
  • Dans la phase de déstockage, c'est-à-dire quand le réseau électrique redevient demandeur d’électricité, le fonctionnement de l’électrolyseur est inversé, il fonctionne alors en mode pile (SOFC) et consomme du gaz en produisant de l’énergie électrique. Ce gaz provient alors du réseau gaz;
  • Pour initier le cycle de stockage/déstockage, la quantité de CO2 nécessaire est introduite pour le stockage et est capturée au déstockage;
  • Le procédé est un système ouvert avec des connections en amont et en aval (réseau électrique et réseau gaz), sans limite de volume ni de lieu de déstockage et de stockage.

Résultats et perspectives
  • Le procédé conçu permet de stocker 5,46 MW et de déstocker 11,08 MW ;
  • L’efficacité énergétique lors de la production d’électricité est 36,4% ;
  • Bilan CO2 : -256 g/kWh en phase de stockage ; 325 g/kWh en phase de déstockage ;
  • Les prochains travaux porteront sur des simulations énergétiques et fluidiques des unités conçues en mode dynamique.
Mode Stockage Déstockage
Type Consommation (kW) Production (kW) Consommation (kW) Production (kW)
Forme Elec. Therm. Elec Therm Elec Therm Elec Therm
RSOC 5463,98 1669,22 - - - - 11080,33 2299,64
Total 6275,42 4578,16 185,96 5163,18 4479,84 14934,34 12183,86 16612,58
Net 6089,46 - - 585,02 - - 7704,02 1678,24

 

Stockage et déstockage d'électricité renouvelable sur du méthane de synthèse - MINES ParisTech
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