L’Institut coréen de recherche sur l’énergie (KIER) a récemment démontré l’efficacité d’un système d’hydrogène vert pour compenser la volatilité des énergies renouvelables. Cette découverte pourrait transformer la gestion des réseaux électriques intégrant l’énergie solaire et éolienne.
Le Dr Joungho Park et son équipe de recherche au laboratoire d’intelligence artificielle énergétique et de science computationnelle du KIER ont conclu que l’hydrogène vert, facilitant la conversion et le stockage de l’excès d’énergie, est le moyen le plus efficace pour surmonter la volatilité d’un réseau électrique renouvelable combinant énergie solaire et éolienne.
Les énergies renouvelables sont de plus en plus mises en avant comme un moyen clé pour atteindre la neutralité carbone et la sécurité énergétique. Lors de la 28e Conférence des Nations Unies sur les changements climatiques (COP-28, décembre 2023), un accord a été conclu pour tripler la capacité de production d’énergie renouvelable d’ici 2030.
En soutien à cette initiative mondiale, la République de Corée a également annoncé la «Stratégie pour l’expansion de la distribution et le renforcement de la chaîne d’approvisionnement en énergie renouvelable» (Ministère du Commerce, de l’Industrie et de l’Énergie, mai 2024) pour soutenir la croissance durable de l’industrie nationale des énergies renouvelables.
Gestion de la variabilité des énergies renouvelables
Pour étendre les énergies renouvelables, il est crucial de gérer la variabilité de facteurs tels que le rayonnement solaire intermittent et les vitesses de vent, en plus de la distribution. Assurer la sécurité et l’efficacité des opérations électriques nécessite la capacité de répondre de manière flexible aux pénuries et aux excédents. La technologie Power-to-Gas (P2G) est proposée comme solution, utilisant l’excédent d’énergie renouvelable pour produire de l’hydrogène vert sans carbone et compenser la variabilité par une utilisation opportune.
Le P2G convertit l’électricité en un gaz, tel que l’hydrogène ou le méthane, en utilisant l’énergie électrique renouvelable provenant de sources telles que l’énergie solaire et éolienne, permettant ainsi son stockage.
Modélisation et simulation pour une efficacité optimale
L’équipe de recherche a développé un modèle pour déterminer l’échelle optimale et vérifier l’efficacité d’un système d’hydrogène vert nécessaire pour un réseau électrique renouvelable. Basé sur les données météorologiques et de demande d’électricité de l’île de Jeju, où la production solaire et éolienne représente 20 % de la production totale d’électricité, le modèle permet de dériver l’échelle optimale du système d’hydrogène vert en ligne avec l’objectif de 2030 d’atteindre une part de 21,6 % de la production d’énergie renouvelable.
Lorsque des données météorologiques telles que la vitesse du vent, le rayonnement solaire et la température sont entrées dans le modèle développé, la production d’électricité horaire est calculée et comparée aux données réelles de demande d’électricité. En cas de sur- ou sous-approvisionnement, un système d’hydrogène vert et des batteries sont appliqués pour déterminer le coût nivelé de l’électricité du système (sLCOE) et la probabilité de perte d’approvisionnement en électricité (LPSP). Ainsi, la faisabilité économique et la stabilité de chaque système d’hydrogène vert et de batterie peuvent être déterminées en fonction de l’échelle, et l’échelle optimale peut être prédite.
Résultats et implications politiques
Les résultats de la simulation utilisant le modèle ont montré que lorsque l’énergie solaire est utilisée seule, les batteries sont la solution la plus efficace pour surmonter la variabilité, tandis que lorsque l’énergie éolienne est utilisée seule, l’hydrogène vert est le plus efficace. Cependant, lorsque l’énergie solaire et éolienne sont combinées de manière égale, l’hydrogène vert a démontré la plus grande efficacité économique et les plus faibles pertes d’approvisionnement en électricité. Cette découverte s’aligne avec les orientations politiques favorisant un déploiement équilibré des énergies solaire et éolienne, et peut servir de données fondamentales pour établir des stratégies de transition énergétique renouvelable.
Le Dr Joungho Park, premier auteur, a précisé : «Cette étude est significative car elle vérifie l’efficacité de l’utilisation de l’hydrogène vert pour résoudre les problèmes d’instabilité du réseau électrique et de restriction de la production résultant de l’expansion des énergies renouvelables.»
Il a ajouté : «En concevant des configurations optimales de systèmes de conversion et de stockage d’énergie adaptées aux caractéristiques et situations des différentes régions, cette recherche fournit des informations pour le gouvernement et les entreprises afin de développer des stratégies liées à l’hydrogène vert, facilitant ainsi une prise de décision rationnelle.»
Article : « Enhancing the economic viability and reliability of renewables based electricity supply through Power-to-Gas-to-Power with green hydrogen » – DOI: 10.1016/j.enconman.2024.118485
Légende illustration : Jungho Park explique le concept de couplage sectoriel pour utiliser l’hydrogène vert. Crédit : KIER
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