Un système énergétique flexible tout au long de l’année grâce à une usine hybride
La part des sources d’énergie renouvelables variables (ERV) dans le bouquet énergétique augmente rapidement au fil du temps. D’après les dernières prévisions du marché des énergies renouvelables de l’Agence internationale de l’énergie, la capacité des ERV pourrait augmenter de 50 % entre 2019 et 2024. Bien que la croissance des énergies renouvelables contribue à réduire les émissions de carbone et à lutter contre le changement climatique, il est relativement difficile d’assurer une disponibilité équilibrée face aux niveaux variables de la demande d’électricité. Par exemple, les technologies d’énergie solaire et éolienne produisent uniquement de l’énergie pendant les journées ensoleillées et venteuses, respectivement.
Biocarburants durables: les éléments qui entravent leur développement
Le stockage fiable de l’énergie est la technologie privilégiée pour libérer l’immense potentiel des énergies renouvelables. Le recours à l’hydrogène pour le stockage de l’énergie est également intéressant pour les technologies de production combinée de chaleur et d’électricité (PCCE) généralement intégrées aux systèmes de chauffage urbain des villes et aux systèmes de chauffage central des grands bâtiments. «Les technologies PCCE de pointe ont été soumises à de fortes contraintes financières sur le marché européen de l’électricité, en pleine évolution. Il existe un besoin manifeste pour des solutions de chauffage urbain et de PCCE innovantes et flexibles, en mesure d’assurer une faisabilité économique face à la pénétration accrue des sources d’énergie variables», fait remarquer Esa Kurkela, coordinateur du projet FLEXCHX, financé par l’UE. La trigénération d’électricité, de chaleur et d’un produit intermédiaire pouvant être raffiné en carburant pour les transports est un moyen abordable de relever le défi lié au manque d’adéquation entre la disponibilité de l’énergie solaire et la demande en électricité et en chauffage. «Les biocarburants avancés constituent une pièce maîtresse du développement des transports à faibles émissions de carbone depuis le début des années 2000, mais leur déploiement industriel a été semé d’embûches. Cette situation tient essentiellement au fait que le secteur cherche à assurer une rentabilité satisfaisante en tirant parti des économies d’échelle. Cela se traduit par la création de centrales à très grande échelle (délivrant des puissances supérieures à 300 MW) que les investisseurs considèrent en fin de compte trop risquées», ajoute Esa Kurkela. «De plus, les consommateurs capables d’exploiter efficacement de telles quantités de chaleur fournies par des centrales à grande échelle ne courent pas les rues.»
Le procédé FLEXCHX
Les chercheurs travaillant sur le projet FLEXCHX ont dévoilé avec succès une centrale électrique innovante qui invite à repenser la manière dont la PCCE est combinée aux énergies renouvelables variables. «Nous avons mis au point un procédé flexible et intégré qui combine l’électrolyse de l’eau avec la gazéification de la biomasse et la liquéfaction catalytique. Ce procédé produit de la chaleur, de l’électricité et un vecteur énergétique intermédiaire, à savoir la cire Fischer-Tropsch, qui peut être transformée en carburant pour les transports grâce aux équipements existants de raffinage du pétrole», explique Esa Kurkela. Les centrales FLEXCHX peuvent être intégrées à différents systèmes PCCE, à la fois industriels et de quartier. «En été, les carburants renouvelables sont produits à partir de la biomasse et de l’hydrogène; l’hydrogène est produit à partir de l’électrolyse de l’eau, qui est alimentée par l’électricité excédentaire à bas coût provenant du réseau électrique. Durant les sombres journées hivernales, l’usine fonctionne à la biomasse, ce qui permet d’optimiser la production de chaleur, d’électricité et de cire Fischer-Tropsch. La plupart des composants de l’usine sont utilisés tout au long de l’année – seule l’unité d’électrolyse fonctionne de manière saisonnière», ajoute Esa Kurkela. Assurer un fonctionnement flexible de cette même installation avec de la biomasse ou en combinant cette dernière avec de l’électricité renouvelable représente un véritable tour de force. Les centrales de chauffage urbain de pointe alimentées à la biomasse ne fonctionnent généralement que pendant les jours de grand froid, ce qui équivaut à environ 5 000 h/an. En revanche, la durée de fonctionnement annuel des unités traditionnelles de conversion de l’électricité en carburant qui exploitent l’énergie solaire est limitée à environ 3 000 h. Le principal avantage du procédé FLEXCHX tient au fait qu’il produit de l’électricité, du carburant et de la chaleur en permanence tout au long de l’année.
Mots‑clés
FLEXCHX, biomasse, PCCE, chauffage urbain, carburant pour les transports, cire Fischer-Tropsch, production combinée de chaleur et d’électricité
