Combiner la biomasse et l’hydrogène pour une énergie verte fiable
Bien qu’elles offrent une énergie plus propre, les sources d’énergie renouvelables telles que le vent et le soleil sont intermittentes par nature et ne peuvent pas encore offrir une alternative complète aux combustibles fossiles. Pour équilibrer l’offre d’électricité et la demande, il faut stocker l’énergie et disposer de générateurs pouvant être mis en service rapidement, un rôle généralement rempli par les générateurs fonctionnant au gaz naturel. «Les turbines à gaz jouent un rôle important dans la fourniture d’électricité et de chaleur fiables, mais à mesure que l’Europe s’oriente vers des sources d’énergie plus propres, ces turbines doivent s’adapter à de nouveaux combustibles tels que les gaz renouvelables et l’hydrogène», explique Susanne Paulrud, coordinatrice du projet Bio-FlexGen(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Pour répondre à ce besoin, Bio-FlexGen s’est concentré sur les avancées en matière de centrales de cogénération (CHP pour «combined heat and power») renouvelables, qui brûlent de la biomasse solide pour produire de la chaleur et de l’électricité. Le projet a développé des composants de base pour la technologie Biomass Top Cycle(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (BTC), un système plus avancé et plus efficace dans lequel la biomasse est d’abord chauffée sous pression pour produire du gaz de synthèse, un mélange d’hydrogène, de monoxyde de carbone et d’autres gaz. Celui-ci est brûlé pour actionner une turbine à gaz (le «cycle supérieur»), et les gaz d’échappement chauds sont ensuite utilisés pour actionner une turbine à vapeur (le «cycle inférieur»). Les opérateurs peuvent ajuster les paramètres de la centrale pour maximiser la production de chaleur, d’électricité ou d’hydrogène, en fonction de leurs besoins. «Notre solution équilibre l’approvisionnement en énergie à court et à long terme, en répondant aux variations quotidiennes ou saisonnières de la demande», ajoute Susanne Paulrud, chercheuse principale au RISE Research Institutes of Sweden(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre).
De nouvelles approches en matière d’énergie verte
La clé du succès du projet a été la conception flexible du gazéificateur de Bio-FlexGen, complétée par une chambre de combustion de turbine multi-combustibles. Un lit fluidisé hybride(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (HFB pour «hybrid fluidised bed») a permis de décomposer les particules de biomasse et d’augmenter l’efficacité des réactions chimiques, réduisant ainsi les sous-produits tels que le goudron. Une chambre de combustion de turbine à gaz spécialement conçue assure une transition efficace et en toute sécurité de la combustion du gaz de synthèse à celle de l’hydrogène. Des essais à l’échelle pilote ont confirmé la stabilité et la fiabilité du fonctionnement du HFB. «Les CHP à biomasse à cycle de vapeur conventionnelles se concentrant principalement sur la production de chaleur, la production d’électricité ne représente généralement que 25 à 30 % de la production d’énergie par unité de biomasse. Notre conception permet non seulement de porter ce pourcentage à plus de 50 %, ce qui réduit les coûts et les émissions, mais la centrale peut également répondre de manière flexible à l’évolution de la demande d’énergie», explique Susanne Paulrud. En hiver, lorsque la demande de chauffage est élevée et que l’énergie éolienne/solaire est moins disponible, la centrale BTC peut fournir de l’électricité et de la chaleur fiables à partir de la biomasse. Pendant les périodes creuses de l’été, elle transforme l’énergie excédentaire en hydrogène. Les turbines à gaz intégrées peuvent aussi augmenter rapidement l’énergie, offrant ainsi une alternative plus propre aux sources d’énergie fossiles traditionnelles.
Adapté aux systèmes énergétiques réels
La modélisation du système énergétique a été réalisée pour vérifier la viabilité économique de la solution, le concept BTC étant appliqué à deux cas d’utilisation: un système de chauffage urbain suédois et deux sites industriels espagnols (chimie et ciment). «En Suède, alors que notre technologie permettrait d’augmenter la production d’électricité renouvelable et de rendre le système énergétique plus flexible, les coûts d’investissement constituent un obstacle dans les conditions actuelles du marché. En Espagne, la BTC a amélioré la rentabilité et réduit les émissions de dioxyde de carbone dans tous les scénarios. Les utilisateurs industriels dont la demande de chaleur est régulière semblent particulièrement bien adaptés à cette technologie», note Susanne Paulrud.
Décarbonation et croissance de la bioéconomie
Le remplacement des combustibles fossiles par de la biomasse renouvelable et de l’hydrogène aidera l’Europe à atteindre ses objectifs en matière de climat. «Les avantages techniques se traduisent par un air plus pur pour les citoyens, une chaleur et une électricité plus stables et potentiellement plus abordables, tout en créant de nouveaux emplois verts, en particulier dans les régions rurales et industrielles», explique Susanne Paulrud. L’équipe s’efforce actuellement de rapprocher les concepts des applications à grande échelle sur le marché croissant de la bioénergie dans l’UE.
