L’électrolyse de l’eau: une solution d’avenir pour le stockage de l’énergie solaire hors réseau
Les sources d’énergie renouvelables telles que les solutions solaires pâtissent d’un fort déséquilibre entre l’offre et la demande: elles produisent un surplus d’énergie inutilisé pendant les mois d’été, lorsque la demande d’électricité est faible, et fournissent une quantité limitée pendant les mois d’hiver, lorsque la demande atteint son maximum. Pour trouver leur équilibre, les ressources renouvelables doivent être complétées par des sources d’énergie susceptibles de combler instantanément les écarts entre l’offre et la demande. La production d’hydrogène pourrait bien apporter la clé tant attendue du problème lié au stockage des énergies renouvelables. Si l’on utilise l’énergie solaire, la production d’hydrogène est en soi un processus propre. Le surplus d’énergie produit est utilisé pour alimenter l’électrolyse, un processus qui sépare l’eau en ses deux constituants: l’hydrogène et l’oxygène.
Le stockage de l’énergie à partir de l’hydrogène: la meilleure alternative hors réseau
Les générateurs diesel sont actuellement l’une des solutions hors réseau les plus courantes pour compléter l’énergie solaire. Cependant, ces générateurs rejettent de grandes quantités de dioxyde de carbone, d’oxyde d’azote et d’autres polluants nocifs dans l’atmosphère. De plus, les coûts d’exploitation sont largement impactés par la volatilité du marché du diesel. «Les batteries pourraient représenter une autre option pour stocker l’énergie solaire en vue d’une utilisation ultérieure, mais pour permettre de gérer les variations saisonnières, il faudrait qu’elles soient gigantesques. Outre le fait d’être alimentée par de l’électricité renouvelable sans carbone, l’électrolyse peut gérer les variations transitoires à court et à long terme de l’approvisionnement en énergie renouvelable», note Pedro Casero, coordinateur du projet ELY4OFF, financé par l’UE. ELY4OFF a procédé à la démonstration réussie d’un système d’électrolyse autonome hors réseau alimenté exclusivement par la technologie de l’énergie solaire. «Nous avons conçu un système d’électrolyse à membrane échangeuse de protons (PEM) de 50 kW couplé à une cellule solaire. Ce système hybride produit plus de 1,5 tonne d’hydrogène par an. La technologie d’électrolyse PEM offre un temps de réponse rapide et des caractéristiques de type démarrage/arrêt. La production d’hydrogène commence immédiatement dans les conditions ambiantes», explique Pedro Casero. Dans l’ensemble, ce système hybride fonctionne avec un haut rendement quelle que soit la charge, produisant de l’hydrogène très pur pour n’importe quel usage. Tout cela est rendu possible grâce à un dispositif de contrôle et de communication fiable qui permet un fonctionnement sûr, robuste et économe en énergie. L’équipe du projet est fière d’avoir mis au point un nouveau système de connexion entre la source d’énergie et l’électrolyseur PEM. En fonction de la charge, les solutions courantes qui reposent sur l’utilisation combinée d’un redresseur et d’un onduleur présentent un rendement maximal d’environ 92 %. La solution d’ELY4OFF a obtenu des taux de rendement impressionnants, atteignant 97,4 %.
Une production d’hydrogène en réseau ou hors réseau
En général, la plupart des producteurs d’électrolyseurs fournissent des produits optimisés pour les scénarios de réseau, dans lesquels le système solaire est relié au réseau d’une entreprise de services qui garantit une alimentation électrique stable et permanente. Ces solutions ne peuvent pas s’appliquer aux configurations hors réseau: la source d’énergie est variable (et peut même se retrouver nulle en moins de quelques secondes), l’électrolyseur doit être arrêté et redémarré tous les jours et nécessite un système de secours pour protéger ses éléments essentiels. ELY4OFF a réussi à prendre en compte l’ensemble de ces éléments. Son objectif était d’améliorer l’efficacité du processus global: la production d’hydrogène et le fonctionnement fiable 24 heures sur 24 du système hybride. Il existe de nombreux endroits dans le monde où il serait possible d’installer des systèmes à base de cellules solaires mais où, in fine, cela ne se fait pas faute d’infrastructure de réseau. «Ce qu’ELY4OFF montre, c’est que l’hydrogène issu des énergies renouvelables peut être produit presque partout et pour de multiples usages: alimentation de secours des télécommunications, véhicules à pile à combustible, ou même production d’engrais», conclut Pedro Casero.
Mots‑clés
ELY4OFF, électrolyse, hors réseau, production d’hydrogène, membrane échangeuse de proton (PEM), stockage de l’énergie, énergie renouvelable, énergie solaire