Le stockage géologique d'énergie

sous forme d’hydrogène

Anne-Gaëlle Bader

BRGM – Dir. Géoressources

Géologie des Bassins et des Stockages

Journée hydrogène naturel – SGF – Paris – 30/0/2015

Le stockage d’énergie dans le sous-sol

> L’introduction d’une part croissante d’énergies renouvelables

intermittentes (éolien et solaire) dans le mix électrique déséquilibre

la stabilité des réseaux.

> La décarbonation du mix électrique décidée par les politiques

publiques peut offrir aujourd’hui un contexte favorable au

déploiement de solutions de « stockage d’énergie ».

> Hydrogène = Vecteur énergétique.

> Stocker de l’hydrogène revient à stocker de l’énergie.

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Variation de la production

> Eolien et solaire sont des énergies intermittentes

• Déficit: Périodes anticycloniques ou baisse de la

production par manque d’ensoleillement. Peut nécessiter le

démarrage de centrales thermiques comme moyen de

régulation.

• Surplus: Forte production en période de faible demande.

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Umweltbundesamt report, 2010. "Energy target 2050: 100% renewable electricity supply"

Exemple en Allemagne

“Dark calm”: période

anticyclonique

hivernale de plusieurs

semaines.

A-t-on besoin de stocker de l’énergie?

> Modélisation déficit / surplus en Allemagne 1. Sans prise en compte de la mobilité, des pompes à chaleur

et de l’AC

Umweltbundesamt report, 2010. "Energy target 2050: 100% renewable electricity supply“.

2. Avec prise en compte de la gestion de la consommation

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A-t-on besoin de stocker de l’énergie?

> La France représente une exception dans le paysage

énergétique européen.

> L’étude PEPS ne soulevait pas un besoin de stockage

massif d’ici 2030. • Besoins éventuels peuvent être satisfaits par des stations de pompage,

les batteries...

> D’autres études, au contraire, prédisent un besoin

complémentaire massif (fonction des scénarii de

modélisation et de la part du nucléaire).

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Motivations du stockage d’énergie

> Le stockage d’énergie est donc une solution possible

pouvant être mise en œuvre pour gérer les

intermittences et garantir la stabilité sur les réseaux.

> C’est également une opportunité économique pour • réguler la volatilité du marché de l'électricité

• réduire les coûts de consommation d'électricité

• améliorer le rendement du parc de production d’électricité renouvelable

(solaire et éolien).

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Technologies de stockage de l’électricité

> 7

Source: ITM Power

> L’utilisation du sous-sol est envisagée pour plusieurs techniques

ayant toutes un point commun : la nécessiter de stocker de grandes

quantités d’énergie (stockage massif).

Power to Gas

> Concept:

• Convertir l’électricité en 02 et H2 par électrolyse de l’eau

• H2 peut être utilisé pour:

–la ré-électrification (PaC)

– l’injection dans le réseau de gaz (5-10% maximum) et turbinage

– la génération de CH4

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H2

Storage

Comparaison des solutions de stockage massif d’H2

> 9

Source : FP7 project HyUnder Deliverable 3.3 : Benchmarking of Selected Storage Options (2013)

Stockage d’H2 en cavité saline - Expérience

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USA, Gulf coast

3 x 1 caverns

• Each ~ 600,000 m3

• Pressure up to 150 bars

• Depth : 800 – 1,400 m

• Usage : petro industry

Teesside, UK

1 x 3 caverns

• 3 × 70,000 m3

• Pressure 45 bars

• Depth : 400 m

• Usage : petro industry

Stockage d’H2 en gisement déplété de gaz - Expérience

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Parc éolien important

A forte capacité de

développement

850,000 Nm3/an

d’hydrogène produit

Objectif : Stockage

pour ré-électrification

via turbinage

Pilote conduit par HyChico S.A. sur le site Diadema, Patagonie, Argentine

Mixed gas storage – Depleted field experimentation

> Evaluate the impact of up to

10% of hydrogen on

underground gas storage.

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Underground Sun Storage – Research project coordinated by RAG - Austria

> Injection Phase-summer 2015 • Hydrogen generated on site, mixed into the gas

stream and injected into the formation

• Material test

> Intermediate Phase • Surface pressure monitoring

• Subsurface pressure and temperature monitoring

• Gas composition monitoring

• Regular maintenance and safety checks

> Production Phase-spring 2016 • Water and Gas sampling

• On site gas measurement

• On site gas conditioning by membrane separator

• Material Tests

Stockage géologiques de l’H2 – Contribution du BRGM

Résultats de l’étude de sitologie CAES pour les granites et roches métamorphiques

(Beccaletto et al., 2010)

> FP7 HyUnder - Evaluation du potentiel, des acteurs et d’un

modèle économique pour le stockage massif d’hydrogène en

Europe.

• BRGM partenaire sur le cas d’étude Français.

• Sollicité essentiellement sur les aspects de sitologie.

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1. Formations salifères

2. Bassins sédimentaires

(aquifères et gisements

déplétés)

3. Formations cristallines

(cavités minées revêtues)

> ANR HYSTUR (en cours d’évaluation) – Analyse de la

faisabilité de stockage d’H2 dans les réservoirs souterrains.

• LEMTA, BRGM, Georessources, LCPME, Air Liquide, ANDRA, + German

partners, and Argentinian operators Hychico

• Sur un pilote d’injection de H2 en gisement déplété de gaz, étude de l’activité

bactérienne sur les fluides stockés (H2/CH4).

> Partenariat avec Hychico

• Etude de la réactivité de l’hydrogène sur le site Diadema en Argentine.

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Verrous scientifiques abordés

> Consommation bactériologique de l’H2

– Production CH4, H2S, H2O…

– Modification des propriétés pétrophysiques du réservoir ou de la

couverture

> Réactivité chimique avec le milieu

– Réactions d’oxydo-réduction….

Stockage géologiques de l’H2 – Contribution du BRGM

> Thèse en partenariat avec ISTO

• Mesures des propriétés de transport de l’H2 dans différents milieux

géologiques. Etablir un protocole de mesure Kr, Pc.

• Réactivité géochimique de l’H2 à faible température.

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Verrous scientifiques abordés

> Diffusivité de l’hydrogène

– À travers les roches de couverture

– À travers les équipements puits…

Stockage géologiques de l’H2 – Contribution du BRGM

Autres axes de recherche nécessaires

> Impacts & Risques

• intégrité de scellement des zones de stockages (roche couverture,

puits, réservoirs faillés, fracturés)

• impacts potentiels sur les formations encaissantes et sus-jacentes

(déplacements de fluides induits, fuites, changement de composition

chimique, réactivation de failles…).

> Monitoring - Méthodes de surveillance

• Suivi de la migration du gaz (horizontale et verticale)

• Détection des fuites dans la proche surface

• Prélèvement de gaz en fond de puits – Surveillance de la qualité gaz.

> Problématiques liées aux usages multiples du sous-sol

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