Projet de Plateforme technologique Hydrogène et piles à combustibles en Bretagne

CCI de Saint-Malo - Fougères 35400 Saint-Malo (France)

FICHE ACTION Plateforme technologique Hydrogène et piles à combustibles en Bretagne Responsable : Bruno Mansuy           ERH2.Bretagne@gmail.com Référence : 002/2010

THEMATIQUE :	Eco-activité des Technologies de l'hydrogène et des piles à combustibles: Stockage des énergies renouvelables et station service pour véhicules décarbonés
OBJECTIFS :	Créer une plateforme technologique et pédagogique hydrogène et piles à combustibles en Bretagne permettant : - de stocker les énergies renouvelables intermittentes (photovoltaïque et éolien) - d'être un support de formation pour les ingénieurs, lycéens,  universitaires et entreprises en Bretagne - d'être la première station service à hydrogène en Bretagne pour alimenter des véhicules (2 roues et autres) électriques et/ou à hydrogène - Eventuellement de proposer de l'oxygène médical ultra pur aux hôpitaux
TITRE :	Etude d'une plateforme technologique couplée photovoltaïque - hydrogène et piles à combustibles en Bretagne permettant le stockage des énergies renouvelables et le ravitaillement de véhicules électriques et/ou à hydrogène

DESCRIPTION SYNTHETIQUE :

Descriptif : Etudier les possibilités de développer une plateforme technologique hydrogène et pile à combustible couplée à une centrale urbaine solaire photovoltaïque et/ou éolienne de 2,5 kW à 4 kW.

L'énergie électrique produite par les panneaux photovoltaïques en période « creuse » sera utilisée pour produire de l'hydrogène par électrolyse PEM de l'eau. Cette méthode de production est la façon la plus « propre » d'extraire l'hydrogène, si on la compare à 95 % de la production française issue du reformage de gaz naturel et émettrice de gaz à effet de serre. L'hydrogène pourra être réutilisé de deux façons. D'une part, par un processus inverse pour fabriquer à nouveau de l'électricité à travers une pile à combustible (procédé inverse de l'électrolyse PEM), injectée dans le réseau aux périodes de forte demande ce qui permettra de stabiliser la production électrique. D'autre part pour alimenter des véhicules électriques et/ou à hydrogène tel un scooter ou une moto.

Cette plateforme technologique serait donc à la fois une méthode de stockage de l'énergie renouvelable intermittente, un moyen de production de l'hydrogène innovant et respectueux de l'environnement et une station service à hydrogène. Ce qui ferait de cette installation la première en Bretagne et en France.

OBJECTIFS et PHASAGE

Les trois objectifs principaux sont :

1)  De résoudre la problématique d'intégration massive d'une énergie renouvelable  intermittente au réseau et de proposer une production d'électricité de pointe à un tarif valorisé.

2) De résoudre la problématique des véhicules polluants par une production d'hydrogène, lors de la disponibilité d'énergie, qui permettra de développer un prototype de station service électrique et hydrogène pour des petits véhicules décarbonés électriques et/ou à hydrogène (A court terme : PC portables, téléphones portables, petit matériel électronique, 2 roues et véhicules spécialisés ; A moyen terme : bateaux, Bus, voitures, Transports routiers, avions ...). De plus,  la production d'oxygène médical ultra pur sera un sous produit de la plateforme.

3) Offrir une plateforme technologique performante et innovante dans les éco-activités des technologies de l'hydrogène à destination des entreprises, des universités, des écoles d'ingénieurs, de la formation initiale et continue.

Fiche action à mettre en regard avec le Grenelle de l'environnement 2007, l'agenda 21 breton, le Plan énergie-Climat européen, l'objectif général de réduction des gaz à effet de serre et le déploiement des véhicules décarbonés sur le territoire européen pour préparer l'ère de « l'après pétrole ».

Phasage : Cinq Phases distinctes

Phase 0 : Phase de réflexion sur le projet (recherche de la solution industrielle la plus proche des engagements de réduction de gaz à effet de serre et de maitrise des changements climatiques). La troisième révolution industrielle : La nouvelle ère de l'énergie-Hydrogène  après celle du pétrole.

Phase 1 : Phase d'identification des besoins des acteurs régionaux et des partenaires potentiels
- Besoins de Formations, informations, veilles technologiques et de Personnels compétents dans les institutions publiques

- Besoins de Développement industriel innovant dans les éco-activités

- Potentiel d'une nouvelle filière industrielle en Bretagne créatrice de nombreux emplois et de possibilités d'exportation

Phase 2 : Phase de faisabilité (étude du projet, dimensionnement, coûts et financements)

A partir des spécifications techniques et économiques issues d'un travail collégial entre les partenaires, un cahier des charges d'une centrale de fourniture d'électricité de pointe peut être rédigé.

Données attendues : Deux scénarios avec les techniques les plus abouties de piles PEMFC et/ou  de piles SOFC (temps de réponse, variabilité du signal, durée maximale de fonctionnement, niveau de puissance requis, plages horaires, sécurisation, cogénération électricité et chaleur...) et économiques (coût de production du kWh de pointe, investissement initial, durée de vie d'une centrale de pointe...). Afin de faire un travail de dimensionnement précis, la collecte de données météo sera nécessaire (rayonnement et rose des vents). L'installation hydrogène pourra par la suite être dimensionnée (puissances pile et électrolyseur, volume de stockage...). L'analyse économique du système couplé sera effectuée : investissement initial, coûts de maintenance et d'opération seront déterminés afin de calculer un coût de production du kWh et d'évaluer la viabilité financière de l'installation. A la suite de ces études, un consortium pourra être monté regroupant à la fois des partenaires commerciaux et investisseurs permettant le lancement d'un projet pilote.

Phase 3 : Phase de développement d'un pilote  sur le territoire

Coordination des actions afin d'obtenir une définition complète du système couplé notamment au niveau des interfaces électriques, de l'implantation, des études de sécurité et de mise en place de l'instrumentation permettant le suivi de l'installation. (Toiture photovoltaïque, électrolyseur, système de gestion énergétique, stockage et distribution d'hydrogène et pile à combustible)

Installation du pilote et suivi de fonctionnement sur une durée satisfaisante (1 an a priori). Par la suite, un rapport de fonctionnement sera établi permettant de corriger les estimations financières et d'obtenir un coût réel du kWh produit et de la production d'hydrogène et d'oxygène potentielle.

Phase 4 : Phase de déploiement sur le territoire

Une fois le fonctionnement validé techniquement sur le pilote et les coûts exacts déterminés avec précision, cette phase aura pour objectif de permettre le développement de ces systèmes sur d'autres sites urbains (local, national et mondial) notamment dans la valorisation du tarif d'achat du kWh produit et la station service électrique et à hydrogène.

CONTRAINTES et ATOUTS POTENTIELS :

Avantages du couplage énergie renouvelable-technologies de l'hydrogène: 

- génère un marché potentiel photovoltaïque permettant l'implantation d'une usine d'assemblage locale

- la partie stockage hydrogène permet de garantir la production d'une énergie renouvelable  par essence intermittente et ainsi de positionner ce système sur le marché des centrales de pointe d'électricité.

- zéro émission de gaz à effet de serre (pile PEMFC) par rapport à une centrale de pointe « conventionnelle » (turbine à combustion ~ 1 kg Co2 par kWh fourni)

- aide au développement et à l'implantation de panneaux solaires sur le territoire breton en développant un nouveau marché potentiel (centrale électrique de pointe) et en augmentant les puissances installées nécessaires pour la production locale propre d'hydrogène

- réduction de la dépendance énergétique de la Bretagne

- chaîne de rendement du puits à la roue supérieure à la chaîne classique fossile

- Déploiement d'une structure de ravitaillement électrique et hydrogène pour les véhicules du futur

- Diminution du coût et des pertes du transport de l'électricité par les lignes hautes tensions

Inconvénients principaux du couplage devant être étudiés :

- Chaîne de rendement à améliorer (~35% entre l'entrée de l'électrolyseur et la sortie de la pile à hydrogène).

- Coût de production du kWh assez élevé a priori (électrolyseur et pile à combustible PEMFC)

- Durée de vie des piles à hydrogène (3000 à 5000 heures)

PORTEURS ET RESPONSABILITES SPECIFIQUES :

- Pôle de compétences Energies-Bretagne-ERH2, CCI de Saint-Malo - Fougères.

A associer : acteurs de la filière photovoltaïque, acteurs du stockage de l'énergie, une ou deux communautés de communes, CCI, technopôles, Universités, Lycées techniques, laboratoires de recherches.

COUT INDICATIF :

40 k € pour les phases 0, 1et 2, phase d'identification des besoins et phase d'étude de faisabilité ;

Suivant les conclusions de l'étude, les coûts des autres phases pourront être déterminés. La mise en place du pilote sera estimée précisément tout en n'excédant pas un montant de 200 k€ maximum, dans l'hypothèse d'une pile PEMFC seule, et 280 k€ dans le cas d'un pilote intégrant les deux types de piles à combustibles les plus abouties actuellement (PEMFC et SOFC).

RESSOURCES FINANCIERES :  En Recherche de partenaires

PHASAGE et TIMING :	ANNEES :
Phase de réflexion	2008 - 2009
Etude de faisabilité	2009 - 2010
Mise en Place du pilote	2010_2011
Phase de suivie de fonctionnement et de retour sur expérience du pilote	2012
Phase de déploiement sur le territoire	2013-2014

DIAGNOSTIC PERTINENT :

Voir les conclusions du rapport de synthèse de l'étude de faisabilité

INDICATEURS :	Valeurs actuelles	Valeurs cibles
Coût de production du kWh à améliorer
Chaîne de rendement à améliorer (électrolyse et pile à combustible PEMFC)	35 %	45 %
Coût / rendement des panneaux photovoltaïques à améliorer
Rendement électrique Pile SOFC	49 %	55 %