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Référence

Power-to-Gas : une lueur d'espoir pour le réseau intelligent

Les systèmes « power-to-gas » (de l'électricité au gaz), qui convertissent l'électricité excédentaire en hydrogène et en méthane stockables, pourraient jouer un rôle décisif dans l'avenir du marché de l'énergie. En effet, ces systèmes associent le secteur de l'électricité au chauffage et à la mobilité, et intègrent donc deux domaines importants pour l'atténuation du changement climatique. Les contrôleurs de WAGO facilitent la connexion et la mise en réseau communicative des systèmes pour en faire des centrales électriques virtuelles à commande flexible.

L'atténuation du changement climatique a reçu un niveau de priorité élevé en Allemagne. D'ici à 2050, la part de la consommation électrique provenant des énergies renouvelables doit passer d'une valeur actuelle de 35 % à 100 %. Les experts considèrent qu'un taux d'expansion plus élevé est tout à fait probable, car, selon eux, si l'on veut réellement limiter le changement climatique à 1,5 degré Celsius, les sources d'énergie renouvelables doivent également approvisionner pleinement les secteurs de la mobilité et du chauffage d'ici à 2050. Or, les lignes électriques sont déjà sollicitées à l'extrême, en raison de l'expansion rapide de l'énergie solaire et de l'énergie éolienne. La production d'énergie renouvelable est soumise à des fluctuations dues aux conditions météorologiques et doit être adaptée à la demande afin de maintenir la stabilité du réseau.

De l'électricité au gaz – et de nouveau à l'électricité Voici comment WAGO vous accompagne :

Raccordement facile des systèmes power-to-gas au niveau de la commande grâce à la passerelle de télécontrôle WAGO WTG
Intégration sans problème dans les centrales électriques virtuelles à l'aide de la nouvelle norme de communication VHPready
Transmission chiffrée des données via OpenVPN ou IPSec

L'énergie intégrée : électricité, chaleur et mobilité

Les dispositifs de stockage peuvent résoudre le problème en récupérant le courant excédentaire et en le déchargeant en cas de besoin. Alors que les dispositifs de stockage par batterie conviennent pour retirer rapidement l'électricité excédentaire du réseau à court terme, les systèmes dits « power-to-gas » peuvent fournir un stockage à long terme pour soulager le réseau. Cette technologie est actuellement testée dans le cadre de plusieurs projets. Lorsque les parcs éoliens produisent trop d'électricité pour leur environnement, l'énergie excédentaire est convertie en hydrogène par électrolyse. Le gaz est stocké dans des réservoirs et la chaleur générée par l'électrolyse est injectée dans le réseau de chauffage urbain. Lorsque la consommation d'électricité augmente à nouveau, l'hydrogène est brûlé, par exemple, dans un système de biogaz connecté.

L'électrolyse, une technologie clé

Cette technologie pourrait jouer un rôle important, car l'hydrogène pourrait être utilisé au-delà du secteur de l'énergie. Il pourrait également être fourni comme matière première à l'industrie chimique ou comme carburant pour les véhicules à pile à combustible. Il peut aussi être converti en méthane et fourni au réseau de gaz naturel existant qui alimente le chauffage urbain, les centrales électriques et les stations de gaz naturel. Toutefois, certains problèmes techniques doivent être résolus avant que le power-to-gas ne soit prêt à être commercialisé. Les systèmes doivent pouvoir réagir aux variations constantes de la charge en raison de la nature volatile de la production d'énergie renouvelable. De nouveaux types d'électrolyseurs PEM (membranes à électrolyte polymère) pourraient permettre cela et suivre rapidement les fluctuations. Dans la méthode PEM, l'eau distillée est utilisée comme électrolyte, qui est divisé électriquement en hydrogène et en oxygène en quelques millisecondes à l'aide d'une membrane spécialisée conductrice de protons.

Les innovations techniques se développent rapidement

Pour une utilisation à grande échelle, les convertisseurs doivent être à la fois plus compacts et plus durables. Un autre défaut réside dans leur efficacité. L'électrolyse convertit l'électricité en hydrogène avec un rendement maximal de 80 %. L'ajout de la méthanisation réduit ce rendement à 50 %. Si de l'électricité est à nouveau produite à la fin, le rendement tombe à moins de 40 %. De plus, la méthanation ne fonctionne qu'à partir du dioxyde de carbone (CO₂) qui est converti, par l'ajout d'hydrogène, en méthane et en eau. Mais d'où viendra le CO₂ à l'avenir? Il a été suggéré de filtrer le gaz de l'air directement sur le site à l'aide de systèmes d'adsorption, mais cette méthode n'est pas encore prête à être commercialisée. Malgré les obstacles, les experts pensent qu'une percée est à venir dans le domaine de la conversion de l'énergie en gaz, car des avancées techniques essentielles se profilent à l'horizon. En outre, l'efficacité des systèmes peut être améliorée grâce à une configuration habile. Si la chaleur résiduelle de l'électrolyse et de la méthanisation est utilisée comme chauffage urbain, l'efficacité s'en trouve accrue.

Réseau de gaz naturel comme stockage à long terme

De nombreuses entreprises testent la technologie dans le cadre de nombreux projets afin de mettre en ligne la conversion de l'électricité en gaz. Elles testent notamment la quantité d'hydrogène qui peut être stockée dans le réseau de gaz naturel. Actuellement, la proportion d'hydrogène ne peut dépasser 5 % en raison de la densité énergétique élevée. Mais la limite technique de sécurité pourrait-elle être plus élevée? Si c'est le cas, le réseau de gaz naturel pourrait être utilisé de manière plus intensive pour le stockage à long terme. Une autre façon d'utiliser l'hydrogène est de le convertir en hydrocarbures, qui sont des carburants. Après électrolyse, une partie de l'hydrogène est réduite en monoxyde de carbone (CO₂). Ce dernier est ensuite mélangé à l'hydrogène restant et constitue la base d'une méthode permettant de générer un carburant hautement purifié qui pourrait remplacer le diesel.

Des solutions compatibles sont nécessaires

WAGO peut aider à relier le power-to-gas au réseau intelligent et à des agrégats contrôlables de manière flexible, ce que l'on appelle des centrales électriques virtuelles. Les systèmes d'approvisionnement en électricité, en gaz, en chaleur et en eau deviennent de plus en plus complexes en raison du nombre croissant de systèmes décentralisés. Cela peut conduire à un réseau confus avec différentes interfaces provenant de différents fabricants. Des solutions de télécontrôle intelligentes et flexibles, capables de répondre aux besoins des utilisateurs en matière de solutions compatibles, sont donc plus nécessaires que jamais. La passerelle de télécontrôle WAGO (WTG) offre une solution. Grâce à la WTG, il est possible de relier jusqu'à 16 stations de télécontrôle dans une structure ouverte au niveau de la commande. Les fournisseurs bénéficient ainsi d'un nouveau degré de liberté, de transparence et de rentabilité. La WTG de WAGO introduit pour la première fois un niveau de transmission ouvert entre les participants tant sur le terrain qu'au niveau de la commande. Un contrôleur PFC200 avec le logiciel de télécontrôle de WAGO comme passerelle de communication relie la sous-station de télécontrôle au niveau de contrôle. La WTG peut être utilisée partout où des sous-stations doivent être connectées, indépendamment du fabricant.

Communication facile via VHPready

Un autre problème lors de la combinaison de systèmes décentralisés, comme le power-to-gas, est qu'ils ne parlent même pas la même langue, en raison des différents fabricants, et qu'il est donc difficile de les coordonner. WAGO peut assurer une meilleure communication : les télécontrôleurs de WAGO répondent aux exigences de la norme de communication VHPready (Virtual Heat and Power) et assurent ainsi une connexion sans problème des systèmes dans les centrales électriques virtuelles. La version actuelle de la spécification est VHPready 4.0. Elle combine le contrôle et la communication au sein de la centrale électrique virtuelle et fonctionne comme un interprète virtuel pour garantir que les centres de contrôle et les systèmes se comprennent les uns les autres. VHPready normalise les objets et les variables des différents protocoles de communication et les déclare explicitement. Au lieu d'un ensemble de variables spécifiques au système, comme c'était le cas auparavant, VHPready communique par le biais de profils prédéfinis utilisant des listes de points de données explicitement définies. Outre la communication, des spécifications spécifiques au domaine, concernant par exemple le comportement et les temps de réaction, sont également définies. Cela permet de contrôler les systèmes à l'aide de calendriers. Ainsi, le centre de contrôle peut transmettre des paramètres de contrôle à un système pour une période de 24 heures sous forme de commande/ensemble/message/fichier. La sécurité des données joue un rôle central. Le contrôleur WAGO peut établir directement un tunnel VPN via OpenVPN ou IPsec afin de transmettre des données chiffrées au centre de contrôle et de les recevoir de celui-ci. La technologie permettant d'intégrer le power-to-gas dans les réseaux intelligents est déjà disponible.

Texte : Daniel Wiese, WAGO

WAGO au travail

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