L'hygrogène électrolytique comme moyen de stockage d'électricité pour systèmes photovoltaïques isolés

Sommaire du chapitre sur l'hygrogène électrolytique comme moyen de stockage d'électricité pour systèmes photovoltaïques isolés

La plupart de l’électricité produite dans le monde (82 %) provient de la décomposition de combustibles fossiles (pétrole, charbon ou gaz naturel) ou de combustibles nucléaires. Bien que le gisement planétaire des combustibles fossiles soit très large, il est néanmoins limité. De plus, leur renouvellement n’est pas observable à l’échelle temporelle de l’homme. Enfin, l’impact environnemental de ces modes de production d’électricité est notable, comme la production de gaz à effet de serre tel que le gaz carbonique (CO₂) ou de déchets radioactifs.





L’utilisation de sources propres et renouvelables semble apporter une réponse convaincante mais partielle au problème énergétique actuel. L’hydroélectricité existe depuis près d’un siècle et constitue environ 16 % de la production mondiale d’électricité. Néanmoins, ce mode de production reste centralisé et localisé aux endroits où le potentiel présente un intérêt économique. En France, tous les sites répondant à ces critères sont déjà exploités. Ses perspectives de développement sont donc limitées. Le concept d’« électricité décentralisée » (production de l’électricité sur le lieu même de son utilisation), a encouragé le développement des moyens de production d’origine renouvelable.

La tendance actuelle montre que l’intégration de ce type de ressources dans les systèmes électriques isolés (systèmes insulaires, réseaux villageois) se fait en association avec l’utilisation des ressources conventionnelles, tels les générateurs diesel. Enfin, l’ajout d’un dispositif de stockage d’énergie est parfois nécessaire pour assurer la continuité de la fourniture électrique à l’usager, quand la ressource renouvelable ne peut le faire.

L'énergie électrique photovoltaïque et son stockage dans les systèmes électriques

1. L’énergie électrique photovoltaïque
   • Considérations générales sur les sources d’énergie renouvelables
   • Production d’électricité à partir de l’énergie solaire
   • Conclusion
2. Le stockage de l’énergie électrique photovoltaïque
   • Les systèmes raccordés au réseau
   • Les systèmes autonomes, isolés
   • L’hybridation des systèmes de stockage
   • Conclusion
3. Les technologies de stockage d’énergie électrique
   • Principe général de fonctionnement d’une batterie
   • Les batteries au plomb
   • Les batteries au lithium
   • Conclusion

L’hydrogène présente certaines caractéristiques physico-chimiques avantageuses d’un point de vue énergétique. C’est un gaz très léger (masse volumique = 0,09 kg/m³, à 0°C) qui possède un pouvoir calorifique très élevé (33,3 kWh/kg, contre environ 14 kWh/kg pour le méthane ; données PCI). Il est inodore, incolore, non polluant.
Dans le contexte énergétique actuel, les propriétés physique et environnementale de l’hydrogène font de lui un vecteur énergétique de qualité en association avec l’électricité. Le XXIe siècle pourrait voir la naissance d’une économie « électricité-hydrogène ».

Bien qu’il soit très abondant sur Terre (via la ressource en eau planétaire), l’hydrogène n’existe pas à l’état naturel. Actuellement, sa production est essentiellement effectuée par reformage catalytique d’hydrocarbures (principalement gaz naturel). Une très faible proportion d’hydrogène est produite par électrolyse de l’eau (£1% de la production mondiale). Cette voie de production est envisagée lorsqu’une très grande pureté d’hydrogène est souhaitée ou pour la synthèse de petites quantités. Elle constitue, en outre, une réponse environnementale propre à la problématique énergétique mondiale. La production mondiale d’hydrogène était estimée par l’Agence Internationale de l’Energie à 500 milliards de Nm³ en 2001 dont 589,9 millions de Nm³ pour la France. La quasitotalité de l’hydrogène produit est utilisée dans l’industrie chimique et pétrochimique (synthèse de l’ammoniac et du méthanol, désulfuration des hydrocarbures). Seulement 1% de la production d’hydrogène est utilisée comme vecteur énergétique principalement dans le cadre des applications spatiales.

Production, stockage et utilisation de l'hydrogène

1. Production de l'hydrogène par électrolyse de l’eau
   • Principe général de l’électrolyse de l’eau
   • Les différentes technologies d’électrolyseurs
   • Auxiliaires de l’électrolyseur
   • Comparaison des différentes technologies d’électrolyse de l’eau
   • Projets en cours
2. Autres procédés de production d’hydrogène
   • Production d’hydrogène à partir d’hydrocarbures
   • Produit secondaire du procédé Chlore-Soudes
   • Décomposition de l'hydrogène par cycle thermochimique
   • Production d'hydrogène par procédés biologiques
   • Production d'hydrogène par gazéification de la biomasse
3. Le stockage de l’hydrogène
   • Les procédés physiques
   • Les procédés chimiques
4. Utilisation de l’hydrogène dans les procédés chimiques
   • Désulfuration des hydrocarbures
   • Production de gaz de synthèse
5. Utilisations de l’hydrogène à vocation énergétique
   • L’industrie aérospatiale
   • Moteurs à combustion interne et turbines à gaz
   • La pile à combustible
6. Les applications du stockage d’énergie par hydrogène
   • Les applications automobiles et portables
   • Les applications stationnaires
7. Conclusions